Теплопроводность стены панельного дома

Обновлено: 01.05.2024

Последние годы при строительстве дома или его ремонте большое внимание уделяется энергоэффективности. При уже существующих ценах на топливо это очень актуально. Причем похоже что дальше экономия будет приобретать все большую важность. Чтобы правильно подобрать состав и толщин материалов в пироге ограждающих конструкций (стены, пол, потолок, кровля) необходимо знать теплопроводность строительных материалов. Эта характеристика указывается на упаковках с материалами, а необходима она еще на стадии проектирования. Ведь надо решить из какого материала строить стены, чем их утеплять, какой толщины должен быть каждый слой.

Что такое теплопроводность и термическое сопротивление

При выборе строительных материалов для строительства необходимо обращать внимание на характеристики материалов. Одна из ключевых позиций — теплопроводность. Она отображается коэффициентом теплопроводности. Это количество тепла, которое может провести тот или иной материал за единицу времени. То есть, чем меньше этот коэффициент, тем хуже материал проводит тепло. И наоборот, чем выше цифра, тем тепло отводится лучше.

Диаграмма, которая иллюстрирует разницу в теплопроводности материалов

Материалы с низкой теплопроводностью используются для утепления, с высокой — для переноса или отвода тепла. Например, радиаторы делают из алюминия, меди или стали, так как они хорошо передают тепло, то есть имеют высокий коэффициент теплопроводности. Для утепления используются материалы с низким коэффициентом теплопроводности — они лучше сохраняют тепло. В случае если объект состоит из нескольких слоев материала, его теплопроводность определяется как сумма коэффициентов всех материалов. При расчетах, рассчитывается теплопроводность каждой из составляющих «пирога», найденные величины суммируются. В общем получаем теплоизоляцонную способность ограждающей конструкции (стен, пола, потолка).

Теплопроводность строительных материалов показывает количество тепла, которое он пропускает за единицу времени

Есть еще такое понятие как тепловое сопротивление. Оно отображает способность материала препятствовать прохождению по нему тепла. То есть, это обратная величина по отношению к теплопроводности. И, если вы видите материал с высоким тепловым сопротивлением, его можно использовать для теплоизоляции. Примером теплоизоляционных материалов может случить популярная минеральная или базальтовая вата, пенопласт и т.д. Материалы с низким тепловых сопротивлением нужны для отведения или переноса тепла. Например, алюминиевые или стальные радиаторы используют для отопления, так как они хорошо отдают тепло.

Таблица теплопроводности теплоизоляционных материалов

Чтобы в доме было проще сохранять тепло зимой и прохладу летом, теплопроводность стен, пола и кровли должна быть не менее определенной цифры, которая рассчитывается для каждого региона. Состав «пирога» стен, пола и потолка, толщина материалов берутся с таким учетом чтобы суммарная цифра была не меньше (а лучше — хоть немного больше) рекомендованной для вашего региона.

Коэффициент теплопередачи материалов современных строительных материалов для ограждающих конструкций

При выборе материалов надо учесть, что некоторые из них (не все) в условиях повышенной влажности проводят тепло гораздо лучше. Если при эксплуатации возможно возникновение такой ситуации на продолжительный срок, в расчетах используют теплопроводность для этого состояния. Коэффициенты теплопроводности основных материалов, которые используются для утепления, приведены в таблице.

Часть информации взята нормативов, которые прописывают характеристики определенных материалов (СНиП 23-02-2003, СП 50.13330.2012, СНиП II-3-79* (приложение 2)). Те материал, которые не прописаны в стандартах, найдены на сайтах производителей. Так как стандартов нет, у разных производителей они могут значительно отличаться, потому при покупке обращайте внимание на характеристики каждого покупаемого материала.

Таблица теплопроводности строительных материалов

Стены, перекрытия, пол, делать можно из разных материалов, но так повелось, что теплопроводность строительных материалов обычно сравнивают с кирпичной кладкой. Этот материал знаю все, с ним проще проводить ассоциации. Наиболее популярны диаграммы, на которых наглядно продемонстрирована разница между различными материалами. Одна такая картинка есть в предыдущем пункте, вторая — сравнение кирпичной стены и стены из бревен — приведена ниже. Именно потому для стен из кирпича и другого материала с высокой теплопроводностью выбирают теплоизоляционные материалы. Чтобы было проще подбирать, теплопроводность основных строительных материалов сведена в таблицу.

Древесина — один из строительных материалов с относительно невысокой теплопроводностью. В таблице даны ориентировочные данные по разным породам. При покупке обязательно смотрите плотность и коэффициент теплопроводности. Далеко не у всех они такие, как прописаны в нормативных документах.

Наименование	Коэффициент теплопроводности
В сухом состоянии	При нормальной влажности	При повышенной влажности
Сосна, ель поперек волокон	0,09	0,14	0,18
Сосна, ель вдоль волокон	0,18	0,29	0,35
Дуб вдоль волокон	0,23	0,35	0,41
Дуб поперек волокон	0,10	0,18	0,23
Пробковое дерево	0,035
Береза	0,15
Кедр	0,095
Каучук натуральный	0,18
Клен	0,19
Липа (15% влажности)	0,15
Лиственница	0,13
Опилки	0,07-0,093
Пакля	0,05
Паркет дубовый	0,42
Паркет штучный	0,23
Паркет щитовой	0,17
Пихта	0,1-0,26
Тополь	0,17

Металлы очень хорошо проводят тепло. Именно они часто являются мостиком холода в конструкции. И это тоже надо учитывать, исключать прямой контакт используя теплоизолирующие прослойки и прокладки, которые называются термическим разрывом. Теплопроводность металлов сведена в другую таблицу.

Название	Коэффициент теплопроводности	Название	Коэффициент теплопроводности
Бронза	22-105	Алюминий	202-236
Медь	282-390	Латунь	97-111
Серебро	429	Железо	92
Олово	67	Сталь	47
Золото	318

Как рассчитать толщину стен

Для того чтобы зимой в доме было тепло, а летом прохладно, необходимо чтобы ограждающие конструкции (стены, пол, потолок/кровля) должны иметь определенное тепловое сопротивление. Для каждого региона эта величина своя. Зависит она от средних температур и влажности в конкретной области.

Термическое сопротивление ограждающих
конструкций для регионов России

Для того чтобы счета за отопление не были слишком большими, подбирать строительные материалы и их толщину надо так, чтобы их суммарное тепловое сопротивление было не меньше указанного в таблице.

Расчет толщины стены, толщины утеплителя, отделочных слоев

Для современного строительства характерна ситуация, когда стена имеет несколько слоев. Кроме несущей конструкции есть утепление, отделочные материалы. Каждый из слоев имеет свою толщину. Как определить толщину утеплителя? Расчет несложен. Исходят из формулы:

Формула расчета теплового сопротивления

R — термическое сопротивление;

p — толщина слоя в метрах;

k — коэффициент теплопроводности.

Предварительно надо определиться с материалами, которые вы будете использовать при строительстве. Причем, надо знать точно, какого вида будет материал стен, утепление, отделка и т.д. Ведь каждый из них вносит свою лепту в теплоизоляцию, и теплопроводность строительных материалов учитывается в расчете.

Сначала считается термическое сопротивление конструкционного материала (из которого будет строится стена, перекрытие и т.д.), затем «по остаточному» принципу подбирается толщина выбранного утеплителя. Можно еще принять в расчет теплоизоляционных характеристики отделочных материалов, но обычно они идут «плюсом» к основным. Так закладывается определенный запас «на всякий случай». Этот запас позволяет экономить на отоплении, что впоследствии положительно сказывается на бюджете.

Пример расчета толщины утеплителя

Разберем на примере. Собираемся строить стену из кирпича — в полтора кирпича, утеплять будем минеральной ватой. По таблице тепловое сопротивление стен для региона должно быть не меньше 3,5. Расчет для этой ситуации приведен ниже.

Для начала просчитаем тепловое сопротивление стены из кирпича. Полтора кирпича это 38 см или 0,38 метра, коэффициент теплопроводности кладки из кирпича 0,56. Считаем по приведенной выше формуле: 0,38/0,56 = 0,68. Такое тепловое сопротивление имеет стена в 1,5 кирпича.
Эту величину отнимаем от общего теплового сопротивления для региона: 3,5-0,68 = 2,82. Эту величину необходимо «добрать» теплоизоляцией и отделочными материалами.

Если бюджет ограничен, минеральной ваты можно взять 10 см, а недостающее покроется отделочными материалами. Они ведь будут изнутри и снаружи. Но, если хотите, чтобы счета за отопление были минимальными, лучше отделку пускать «плюсом» к расчетной величине. Это ваш запас на время самых низких температур, так как нормы теплового сопротивления для ограждающих конструкций считаются по средней температуре за несколько лет, а зимы бывают аномально холодными. Потому теплопроводность строительных материалов, используемых для отделки просто не принимают во внимание.

Проведена серия теплотехнических испытаний наружных стеновых панелей нескольких московских домостроительных комбинатов. Основные задачи выполненных работ – выявление и оценка влияния «мостиков холода» на теплотехнические качества наружных стеновых панелей, разработка технических решений по их устранению, апробация теоретических методов расчета теплотехнических характеристик панельных зданий. Результаты теплотехнических

Теплотехнические испытания

Серия теплотехнических испытаний наружных стеновых панелей и фрагментов некоторых узлов проводилась в климатической камере ГУП «НИИМосстрой» (рис. 1).

Сопротивление теплопередаче панелей экспериментально определялось несколькими методами: согласно ГОСТ 26254–84, путем измерения температур и удельных тепловых потоков; прямым методом измерения коэффициента теплопередачи многофункциональным прибором Testo-435 по температурам в четырех выбранных точках и путем измерения температурного поля на поверхности панели прямым контактным методом (рис. 2) или с помощью откалиброванных термограмм.

Температурное поле поверхности панели (оконный проем вырезан). Видны «мостики холода», обусловленные жесткими дискретными связями, петлями и другими теплопроводными включениями

Сопротивление теплопередаче измеряемого фрагмента панели в третьем методе определяется из соотношения R₀ пр = R₀ эксп · r, где R₀ эксп = (t_int – t_ext)/ /q эксп – сопротивление теплопередаче в выбранной точке; t_int, t_ext и q эксп – экспериментально измеренные температуры внутреннего и наружного воздуха, °C, и удельный тепловой поток, Вт/м 2 . Коэффициент вычисляется как отношение объемов

или оценивается из соотношения r = (t_int – τ 0 _int) / (t_int – t_int сред ), где τ 0 _int – экспериментально измеренная температура на поверхности выбранной точки, в которой определено сопротивление теплопередаче R₀ эксп ; τ_int(x, y) – массив экспериментально измеренных температур поверхности фрагмента панели и t_int сред – вычисленная на их основе средняя температура поверхности измеряемого фрагмента панели.

Некоторые результаты испытаний наружных стеновых панелей с гибкими металлическими связями приведены в табл. 1.

Совместно с конструкторами проектных мастерских и технологами-производителями разрабатывались технические решения по устранению наблюдаемых «мостиков холода».

Расчет приведенного сопротивления теплопередаче

Приведенное сопротивление передаче жилого панельного дома рассчитывается по чертежам типового этажа. Проведены расчеты сопротивлений теплопередаче типовых этажей для домов серий 111М, П44, КОПЭ-ПАРУС, П3М. В качестве фрагментов ограждающих конструкций здания выбираются все панели типового этажа, каждая из которых описывается по крайней мере тремя узлами связи с соседними панелями. Теплотехнические двухмерные и трехмерные расчеты узлов конструкций выполнялись путем решения стационарной задачи теплопроводности. Рассмотрим в качестве примера глухую трехслойную железобетонную панель типа МН-7 111М строительной системы. Выделим в ней три типа элементов по размерности их проекций: плоские, линейные и точечные [1–3].

Плоские элементы, суммарной площадью ∑A_i (2) ,– это участки однородной удельной плотности теплового потока – «гладь ограждающей конструкции». Теплотехнические характеристики плоских элементов можно оценить из простых аналитических выражений.

Линейные элементы, суммарной площадью ∑A_j (1) ,– стыки панелей, оконные и дверные откосы и т. д. – элементы, у которых один размер существенно меньше другого и мал по сравнению с размерами рассматриваемого элемента ограждающей конструкции. Линейные элементы могут моделироваться в декартовых координатах в виде двухмерных задач.

Точечные элементы, суммарной площадью ∑A_k (0) ,– металлические связи панелей, шпонки и т. д. – элементы, у которых размеры их проекций на поверхность ограждения малы по сравнению с площадью рассматриваемого фрагмента. Точечные элементы должны моделироваться в декартовых координатах в трехмерном виде, или двухмерном – в цилиндрических координатах. Таким образом, общая площадь панели – фрагмента ограждающей конструкции – A = ∑A_i (2) + ∑A_j (1) + ∑A_k (0) .

Запишем формулы для вычисления приведенного сопротивления теплопередаче панели:

где – приведенная удельная плотность теплового потока, Вт/м 2 ;
t_int, t_ext– расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха, °C;
∆q_j 2D = (∆q_j 2D – q усл ) – величина дополнительных удельных тепловых потерь через линейную теплотехническую неоднородность j-вида, Вт/м 2 ;
∆q_k 3D = (∆q_k 3D – q усл ) – величины дополнительных удельных тепловых потерь через точечную теплотехническую неоднородность k-вида, Вт/м 2 .

Условный удельный тепловой поток q усл , Вт/м 2 вычисляется из соотношения: q усл = (t_int – t_ext)/R₀ усл . Сопротивление теплопередаче панели по «глади» R₀ усл , м 2 ·°C/Вт – условное сопротивление теплопередаче, может быть вычислено, как уже отмечалось, аналитически:.

Удельный тепловой поток q_j 2D , Вт/м 2 определяется путем двухмерного компьютерного моделирования тепловых процессов для заданной конструкции. Удельный тепловой поток q_k 3D , Вт/м 2 определяется путем трехмерного компьютерного моделирования тепловых процессов для заданной конструкции.

Введем величины:
ψ_j = h_j (q_j 2D – q усл )/(t_int – t_ext), Вт/м 2 ·°C – удельные потери теплоты через j-ю линейную неоднородность и
χ_k = A_k (0) (q_k 3D – q усл )/(t_int – t_ext), Вт/°C – удельные потери теплоты через k-ю точечную неоднородность.

Пусть площадь линейного j-элемента ∑A_j (1) = L_j · h_j, где L_j – его протяженность; h_j – ширина. Тогда приведенное сопротивление теплопередаче панели R₀ пр , м 2 ·°C/Вт, записанное в виде выражения (1), удобно представить в виде:

Коэффициент теплотехнической однородности панели r = q усл /q пр = R₀ пр /R₀ усл .

Теплотехнические двухмерные и трехмерные расчеты выполнены путем решения стационарной задачи теплопроводности в рамках конечно-элементного программного комплекса ANSYS. Граничные условия третьего рода выбирались согласно СНиП 23–02–2003, в виде конвективного теплообмена в узлах: на внутренней поверхности стены с коэффициентом теплоотдачи α_int = 8,7 Вт/м 2 ·°C и температурой внутри помещения t_int = +20 °C, на внешней поверхности стены α_ext = 23 Вт/м 2 ·°C и температурой окружающей среды t_ext = –28 °C. В качестве конечных элементов использовались четырехугольные плоские квадратичные элементы PLANE77. Различным элементам конструкции присваивались соответствующие им теплотехнические характеристики материалов. Значения коэффициентов теплопроводностей материалов ограждающих конструкций выбирались согласно СП 23–101–2004: для утеплителя пенополистирола типа «Неопор» λ_Б = 0,037 Вт/м 2 ·°C; железобетона λ_Б = 2,04 Вт/м 2 ·°C; металлических связей λ_Б = 58 Вт/м 2 ·°C; утеплителя «Вилатерм» λ_Б = 0,06 Вт/м 2 ·°C; цементно-песчаного раствора λ_Б = 0,93 Вт/м 2 ·°C. Толщины трехслойной железобетонной панели: наружного бетонного слоя – 80 мм, утеплителя – 150 мм, внутреннего бетонного слоя – 170 мм.

Рассматриваемая стеновая панель типа МН-7 имеет два вертикальных стыка с обозначениями «узел 1–2» и «узел 1–4» и два горизонтальных стыка с обозначением «сечение Б–Б». Результаты расчетов распределений температурных полей изображены на рис. 3.

Результаты моделирования распределения температурных полей в двухмерных моделях узла «1–4» (вверху слева), узла «1–2» (вверху справа), «сечения Б–Б» (внизу слева) и трехмерной модели в области металлической связи (внизу справа) трехслойной железобетонной панели

Полученные распределения удельных плотностей тепловых потоков по внешней стороне панели использованы для получения величины удельной плотности теплового потока q_j 2D , Вт/м 2 . Интегрирование проводилось в пределах размеров каждого узла и сечения. На рис. 4 приведены результаты расчетов удельной плотности теплового потока на внешней поверхности «сечения Б–Б». Условный удельный тепловой поток q усл характеризуется постоянным значением, но в области горизонтального стыка панелей удельный тепловой поток возрастает, образуя дополнительные удельные тепловые потери ∆q_j 2D = (q_j 2D – q усл ). Результаты двухмерных расчетов сведены в табл. 2.

Точечные неоднородности, образуемые в области металлической связи панели, моделируются в декартовых координатах в трехмерном виде (рис. 5 и 6). Приведенный удельный тепловой поток, полученный путем трехмерного компьютерного моделирования тепловых процессов в области металлической связи, равен q₁ 3D = 13,1 Вт/м 2 ; величина χ₁ = 0,018, Вт/°C; радиус влияния одной связи r_св = 0,25 м.

В результате расчетов получено, что сопротивление теплопередаче панелей типа МН-7 с утеплителем «Неопор» равно R₀ пр = 3,63 (м 2 ·°C)/Вт; сопротивление теплопередач по «глади» R₀ усл = 4,34 (м 2 ·°C)/Вт; коэффициент теплотехнической однородности панели r = 0,84. Аналогично проводился расчет для всех панелей типового этажа, и далее вычислялась величина приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций всего здания. Результаты расчетов достаточно хорошо согласуются с данными теплотехнических испытаний панелей.

Рассмотренный теоретический подход определения приведенного сопротивления теплопередаче позволяет определить вклад элементов каждого типа в потери теплоты через ограждающие конструкции здания, выявить наиболее слабые в теплотехническом отношении элементы ограждающих конструкций и принять меры по их утеплению. Результаты выполненных теплотехнических испытаний показали реальную возможность достижения требуемых показателей для наружных стеновых панелей. Показано, что современные методы моделирования тепловых процессов являются мощным инструментарием по улучшению теплотехнических качеств ограждающих конструкций зданий, выявлению и устранению «мостиков холода».

Распределение удельных плотностей теплового потока q, Вт/м 2 на внешней поверхности «сечения Б–Б»

Геометрическая трехмерная модель гибких металлических связей несущей панели 111М строительной системы

Распределение температуры на внутренней поверхности панели в области металлической связи

Литература

ISO 10211:2007 Thermal bridges in building construction – Heat flows and surface temperatures – Detailed calculations.
ISO 14683:2005 Thermal bridges in building construction – Linear thermal transmittance – Simplified methods and default values.
Гагарин В. Г., Козлов В. В. Теоретические предпосылки расчета приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций // Строительные материалы. – 2010. – № 12.

Все иллюстрации приобретены на фотобанке Depositphotos или предоставлены авторами публикаций.

Статья опубликована в журнале “АВОК” за №4'2012

распечатать статью -->

Обсудить на форуме

Предыдущая статья

Следующая статья

Алендыктор

Просмотр профиля

jota

Просмотр профиля

Kult_Ra

Просмотр профиля

.. зимой в ней очень холодно (градусов 14 при -30 на улице). Хозяин квартиры на это предложил заменить стоящие конвекторы "Комфорт" на секционные алюминиевые радиаторы. Причем говорит - на комнату поставим 4-5 секций, будет жара.
НО. Принял что стена из железобетона, толщиной 270 мм. .
. Кто знает, подскажите, как определить "пирог" стены для правильного расчета. Состав стен панельных домов зависит от серии? И как определить эту самую серию? Заранее благодарен всем откликнувшимся.

14 градусов - мала поверхность нагрева или заниженные параметры (или количество) теплоносителя.
"поставим 4-5 секций, будет жара" - только слова и пустые затраты как метод проб и ошибок.
\ если есть возможность (место на стене), то удобнее добавить=удлинить существующий Комфорт. Легенда про чудо от "алюминий" все равно легенда.
Тут и думать незачем:
"определить "пирог" стены для правильного расчета" - срезать полоску штукатурки 2-3 см шириной на оконном проёме и посмотреть "слои" наружного ограждения - чуть останется закрыто коробкой оконного проёма.

Алендыктор

Просмотр профиля

2 jota
спасибо, конечно, но вопрос в другом - нужно посчитать теплопотери при известной конструкции стены, а ее я как раз и не знаю. Я вот не знаю, какой толщины там керамзит. А может и не керамзит там вообще.

2 Kult_Ra
про заниженные параметры и малую поверхность - вполне вероятно. В перврм случае подтверждение - можно было спокойно держать рукой подающий трубопровод (сталь), а во втором - могли сэкономить на монтаже, как говорит Задорнов - бессовестнее врачей (вроде) только строители.
Проблема переубедить хозяина в чем-то. Он работал главным энергетиком, и думает что он знает все. Так как квартира съемная, долбить что-либо не вариант, учитывая что есть вероятность увидеть то - не знаю что.
Должны же быть стандартные панели, с описанием, свойствами и прочим. Думаю, что на них даже есть нормативная документация. Подскажите, кто знает.

jota

Просмотр профиля

нужно посчитать теплопотери при известной конструкции стены, а ее я как раз и не знаю. Я вот не знаю, какой толщины там керамзит.

Если панельный дом, вся стена из керамзитобетона. Только очень на севере в стену вкладывался утеплитель.

Керамзитобетонная стеновая панель, независимо от серии, состоит как правило из:
защитный цементно-песчаный слой толщиной 15-20 мм, иногда с декоративной плиткой; собственно керамзитобетон марки 800 (900, 1000) и снова цементно-песчаный слой 15-20 мм или штукатурка. Vikor.

Алендыктор

Просмотр профиля

Это часть учебного курса по "Утеплению экструдированным пенополистиролом". Полностью пройти курс можно в Академии FORUMHOUSE.

Постоянное увеличение цен на энергоносители, желание возвести комфортный и экономичный дом привело к всплеску интереса к строительству энергоэффективного жилья. Но как разобраться в море утеплителей, ведь у каждого из них есть свои особенности? Экструзионный пенополистирол — материал, неизменно набирающий обороты на рынке утепления, и в этой статье при помощи специалистов мы поможем разобраться, как сделать расчёты при утеплении этим материалом.

Экструзионный пенополистирол (XPS) — это эффективный полимерный теплоизоляционный материал, изготавливаемый методом экструзии из полистирола с добавлением газообразного порообразователя и технологических добавок.

Итак, мы рассмотрим:

Базовые принципы энергоэффективного (энергопассивного) строительства.
Расчёты необходимой толщины экструзионного пенополистирола (XPS).
«Дышащие» стены — миф или реальность.
Какие инженерные системы нужны энергоэффективному дому.

Энергоэффективность: базовые принципы

У обычного, неподготовленного застройщика при упоминании словосочетания «энергоэффективное жилище» в голове возникает образ коттеджа премиального класса, требующего значительных вложений. Отсюда — нежелание вкладываться в строительство хорошо утеплённого и энергоэффективного дома.

Практика говорит об обратном. Если обобщить опыт, то можно сказать, что строительство энергоэффективного дома увеличивает смету строительства на 15-20%. При этом эксплуатация такого жилища, в среднем, обходится на 50-75% дешевле в сравнении с традиционным строительством.

Если построить энергоэффективный дом, то экономия вложенных в его строительство средств начинается уже в первый отопительный сезон.

Отопительный сезон (в зависимости от климатической зоны) в нашей стране, в среднем, длится от 6 до 8 месяцев. Стоимость эксплуатации жилища в долгосрочной перспективе — ключевой фактор, влияющий на решение построить энергоэффективный, а главное — экономичный дом.

Чтобы разобраться в базовых принципах строительства энергоэффективного дома, надо понять, на что в доме тратится энергия.

Основные потребители энергии — электроприборы, система ГВС и система отопления. Т.к. на территории нашей страны превалирует холодный климат, то львиная доля расходов (до 70%) в стандартном доме, с большими теплопотерями, уходит на отопление.

Энергоэффективный дом — это строение, в котором все энергопотери и уровень энергопотребления снижены примерно на 30-70% от уровня потребления в обычном доме.

Основные источники теплопотерь в здании — пол, стены, окна, двери, кровля и система вентиляции.

Базовый принцип строительства энергоэффективного здания заключается в минимизации всех теплопотерь через ограждающие конструкции. Для этого возводится замкнутый и герметичный теплоизоляционный контур и устраняются все «мостики холода».

«Мостик холода» — это конструкционная часть здания (бетонные перемычки, стыки в стенах и т.д.), через которые, из-за низкого термического сопротивления этого узла или материала, происходят теплопотери.

Для наглядности процентное соотношение теплопотерь представлено на следующем рисунке.

Об энергоэффективности дома можно судить по коэффициенту сезонного использования тепловой энергии – Е.

В европейских странах для определения класса энергоэффективности дома используется коэффициент ЕР. За отправную точку берётся ЕР = 1 и энергетический класс D, т.е. стандартный.

Основная задача по дополнительной теплоизоляции здания — повышение энергоэффективности и, как следствие, снижение затрат на отопление. Это приводит к экономии средств и снижению стоимости владения домом в долгосрочной перспективе.

Как выбрать утеплитель и рассчитать его толщину

Разобравшись в базовых характеристиках энергоэффективного дома, можно перейти к определению оптимальной толщины утеплителя. Судя по запросам на портале, это один из лидирующих вопросов среди наших пользователей при строительстве тёплого и комфортного дома.

У меня построен дом в Минске из силикатного кирпича. Толщина стены - 0.5 метра. Если температура на улице падает до - 25°C, то дом остывает до 14-15°C. Дом построен ещё в начале 90-х годов. Судя по кладке, дом строили с нарушениями технологии, даже раствор не везде был положен. Затем я дом достроил и отштукатурил. Теперь хочу его утеплить. Думаю взять утеплитель толщиной в 100 мм. Строители же говорят, что и 50 мм хватит. Как правильно рассчитать необходимую мне толщину утепления?

Как уже говорилось выше, теплопотери через стены составляют около 20% от всех теплопотерь. Поэтому, чтобы утеплить дом, нужен качественный и долговечный утеплитель, который со временем не потеряет своих свойств. Чтобы его выбрать, нужно понять, какими качествами он должен обладать.

Эффективный утеплитель – это теплоизоляционный материал, который, обладая малой толщиной, повышает сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций (обозначается R), т.е. препятствует переносу тепла из помещения с более высокой температурой (из комнаты) во внешнюю среду с более низкой температурой (на улицу).

Коэффициент (R) измеряется разностью температур в градусах Цельсия (или в Кельвинах), необходимой, чтобы перенести 1 Вт тепла через 1 кв.м. площади, если разность температур по обе стороны составляет 1°С. Единица измерения R — (м²*°С)/Вт.

Отталкиваясь от этого определения, мы переходим к теплопроводности, т.к. это — основная характеристика утеплителя. Коэффициент теплопроводности выражается в способности материала проводить тепло от более нагретой части к менее нагретой. Рассмотрим этот параметр более подробно.

Любой материал пропускает через себя тепловую энергию. Хороший пример – дерево и сталь. Если нагреть эти два материала, то сталь, из-за высокой теплопроводности, быстро нагреется, в то время как дерево, из-за более низкого коэффициента, останется тёплым. Для наглядности этого процесса представим себе сковородку с деревянной ручкой, поставленную на газовую плиту.

Идём далее. Коэффициент теплопроводности обозначается как λ. У каждого строительного материала – свой коэффициент теплопроводности. Этот коэффициент определяет количество тепловой энергии, проходящей за 1 секунду через 1 кв. м площади материала при разнице температуры в 1°С. λ измеряется — Вт/(м*°С).

Чем меньше коэффициент теплопроводности — (λ), тем меньше теплопередача, т.е. выше термическое сопротивление конструкции — (R). Это напрямую влияет на теплоизоляционные качества ограждающей конструкции.

Зная нормы по теплосопротивлению (R) для разных регионов России (в зависимости от климатической зоны) и коэффициент теплопроводности материала (λ), используемого при возведении стен, можно высчитать необходимую толщину утеплителя.

Таблица. Нормируемое тепловое сопротивление стен.

Примечание: для перекрытий и покрытий нормируемое тепловое сопротивление имеет другие значения. По нормам СП 50.13330 «Тепловая защита зданий» расчёт требуется делать для температуры + 20 °С. (В зимний период в жилых помещениях температура должна поддерживаться на уровне 18…22 °С).

Пример расчёта утепления дома экструзионным пенополистиролом (XPS)

Пол и перекрытия.
Фундаменты и цокольные этажи.
Кровли.

Зная, какие материалы применяются в конструкции стены, можно рассчитать её термическое сопротивление и соответствие нормам.

Например, возьмём стену, сложенную из полнотелого кирпича толщиной в 0.3 метра. По нормативам термическое сопротивление для стен в Московском регионе должно быть: R — 3.065 (м²*°С)/Вт. Отсюда, по формуле находим фактическое сопротивление теплопередачи кирпичной кладки.

d — толщина материала;

λ — коэффициент теплопроводности материала.

Rф = 0.3/0.81= 0.37 (м²*°С)/Вт

Отталкиваясь от этого значения, определяем разницу между нормативным и фактическим сопротивлением теплопередачи (Rт):

Rт = Rн – Rф = 3.065 - 0.37 = 2.69 (м²*°С)/Вт

Теперь находим необходимую нам толщину утеплителя, которая компенсирует эту разницу. Расчётный коэффициент теплопроводности экструзионного пенополистирола (XPS) - 0.03 Вт/(м*°С). Ставим его в следующую формулу:

d — толщина утеплителя;

Rт — сопротивление теплопередаче;

λ — коэффициент теплопроводности утеплителя.

d = Rт * λ = 2.69 * 0.03 = 0.08 м

Переводим в см, округляем в большую сторону (с учетом кратности толщины выпускаемой теплоизоляции 10 мм) и получаем – 8 см.

Вывод: для приведения значения теплосопротивления кирпичной стены до нормируемого необходимо снаружи стены смонтировать слой экструзионного пенополистирола (XPS) толщиной в 80 мм.

В долговременном периоде эксплуатации здания следует учитывать, что XPS не накапливает влагу, а значит, не теряет своих теплоизоляционных характеристик.

Используя этот упрощённый алгоритм, можно самостоятельно рассчитать необходимую толщину утеплителя. Если конструкция стены состоит из нескольких слоёв, например – штукатурка-газобетон-теплоизоляция-облицовочный кирпич и т.д., то для расчёта и получения общего значения теплосопротивления стены (R) нужно сложить показатели каждого слоя.

Таким образом, тонкий слой утеплителя позволяет достичь требуемого норматива по теплосопротивлению ограждающих конструкций (R). А при утеплении изнутри, за счёт применения эффективного утепления, мы можем уменьшить общую толщину наращиваемой конструкции стены, при этом не «съедая» внутреннюю полезную площадь дома.

Инженерные системы энергоэффективного дома

Главный принцип строительства энергоэффективного дома — это сооружение герметичной (замкнутой), воздухонепроницаемой оболочки внутри здания. Т.е. — строительство своего рода дома-термоса, в котором всё тепло сохраняется и не выводится наружу за счет теплопереноса, который возможен при миграции воздушных масс в так называемых «дышащих стенах». Таким образом, предвидя вопрос застройщиков, можно сразу сказать, что т.н. «дыхание стен», т.е. воздухообмен, между внутренней и наружной средой, который якобы обеспечивает здоровый микроклимат в доме — миф! Несущие конструкции не должны «дышать» и пропускать воздух, они должны сохранять наше тепло внутри. За «дыхание дома» (удаление отработанного и поступление свежего воздуха) должны отвечать соответствующие системы.

Виниловые обои, слой штукатурки, ламинат, клинкерный кирпич и прочие отделочные материалы, даже простая масляная краска — уже сами по себе являются хорошими слоями, обеспечивающими герметичность системы. Поддерживать микроклимат в доме и обеспечивать приток свежего воздуха должна вентиляции, которую, к сожалению, забывают закладывать в проекты. Ведь от качества воздуха и скорости воздухообмена зависит самочувствие человека и уровень комфорта в доме. В коттедже с правильно смонтированной вентиляцией легко дышится.

Современные стандарты регламентируют: весь объём воздуха в жилом помещении должен полностью обновляться один раз за 60 мин.

Здесь кроется «подводный камень». Потери тепла через неэффективную систему вентиляции могут составлять свыше 30%. Т.е. — обеспечивая приток необходимого нам объёма воздуха зимой, мы «выбрасываем» наружу тепло и тратим дополнительную энергию на нагрев вновь поступившего воздуха.

Как поступить? Чтобы не сокращать объём поступающего воздуха, монтируем систему, которая станет подогревать холодный уличный воздух за счет отработанного воздуха, удаляемого из помещений. Эта система называется рекуператор, и она является одним из возможных вариантов устройства системы вентиляции в энергоэффективном доме.

Рекуператор – это устройство, где за счёт теплообмена осуществляется передача тепла от исходящего нагретого воздуха холодному входящему потоку. За счёт этого уменьшаются теплопотери и снижаются затраты на отопление.

Стеновые конструкции из монолитных бетонных, керамзитобетонных, полистиролбетонных, СИП и сэндвич-панелей представлены несколькими разновидностями.

Они делятся на несущие (основные, называемые конструкционными), перегородочные (относящиеся к разряду конструкционно-изоляционных), теплоизоляционные (дополнительные, утепляющие первые 2 типа стен) и отделочные (применяемые для облицовки зданий снаружи).

Каждая из перечисленных стен имеет собственную толщину, закрепленную в нормативных документах. Знать ее нужно затем, чтобы определять несущую способность стены, правильно формировать пирог конструкции, учитывать показатели в расчетах, нужные для определения количества расходного материала, реконструкции и проведения ремонта.

Какие требования к толщине стены из панелей относятся к строительным нормам, читайте подробнее в представленной статье.

Почему важно правильно определить показатель?

Прежде всего, правильные расчеты толщины панельной стеновой конструкции необходимы при реконструкции, ремонте и перепланировке жилого помещения.

Правильный расчет помогает определить тип стены, и нагрузку, которую она выдерживает. Замер толщины стены должен делать специалист, но при большом желании это можно сделать самостоятельно.

Специалисты делают расчеты более профессионально и точно. Полученные показатели имеют значение не только для перепланировки, но и проектирования обустройства теплоизоляции для стен, чтобы утепляющие слои выполняли свои функции в полной мере.

Расчеты помогают выбрать тип будущего утепления – наружный, внутренний или двусторонний. Правильное определение показателей помогает сэкономить средства при выборе панелей для строительства, которые осуществляются с учетом климатических и ландшафтных особенностей.

Также проведенные математические действия помогают определить возможность изменения или уменьшения показателей толщины стены, и посмотреть на стоимость расходников, связанных с увеличением или снижением их цены. Такой подход станет одним из шагов по экономии на отопительных системах для помещения в зимний период времени.

Толщина, как показатель, считается одним из главных параметров, со значениями которого нужно определиться до начала строительных работ. От него зависит, насколько комфортной будет температура в доме, и можно ли использовать в строительстве панели, состоящие из трех слоев (устанавливается эффективность).

Регламентирующие документы

Общие требования к толщине панельных стеновых конструкций регламентируются следующими техническими документами, с определением основных условий:

– стеновые монолитные панели. – ЖБ-панели с тремя слоями и утеплителем. – наружные монолитные панели, применяемые для жилых многоквартирных зданий. – наружные стены общественных монолитных построек. – стеновые керамзитобетонные блоки. – сэндвич-панели. – частные дома с деревянными панелями. – полистиролбетонные стеновые конструкции.

Больше всего ГОСТов имеют именно монолитные панели. Связано это с тем, что вторичное многоквартирное жилье, построенное с начала довоенных годов до 80-х г.г., возводилось в большом количестве по всей территории Советского Союза. Если сделать общий вывод по толщине стен для всех панелей, конструктивная толщина изделий может иметь разные размеры – 40, 60, 80, 140 и т.д. (мм).

При определении толщины стеновой конструкции обязательно обращают внимание на размеры дверных и оконных проемов. Здесь используют ГОСТы:

В документах указаны требования к их толщине, которая напрямую относится и к стеновой конструкции, где окна и двери будут обустраиваться.

Нормы для конструкций из панелей

Минимальные общие стандарты показателей толщины любого типа стены, в зависимости от региона, составляют для южных областей – 25 (см), центральных – 40 (см), северных – 60 (см). Разные виды бетона имеют стандарты от 80 (см). Оптимальная толщина формируется за счет учета стандарта и толщины утеплителя, которая может достигать от 5 до 200 (мм).

Норма толщины стен по типам панелей составляет:

Керамзитобетон – 920 (мм).
Монолит – 100-400 (мм).
СИП – 125-220 (мм).
Сэндвич – 50-200 (мм). – 370 (мм).
Полистиролбетон – 50-150 (мм).

Представленные нормы являются общеобязательными для конструкционных (несущих) стен. На практике показатели толщины, в зависимости от производителя, могут быть намного больше. При расчетах, к данному показателю всегда прибавляют толщину всех слоев – гидроизолятора, утеплителя (по количеству, 1-2), штукатурки, отделки.

Внутренние стены могут выполняться без утепления, поэтому расчет их толщины считается упрощенным, так как касается только слоев самой панели.

Например, обустройство слоев таких зданий, как гараж и баня, будут включать в себя еще и обрешетку, фольгированный слой, зазорный ход вентиляции (20 см), отделочные слои штукатурки, кирпича или евровагонки.

Толщина слоев панели по количеству слоев равна:

однослойные – 300-350 (мм);
многослойные – 380 (мм);
внутренние перегородки – 80-100 (мм).

Тип почвы не влияет на показатели толщины возводимой стены. Он имеет значение только для фундаментной основы, которая может быть монолитной, ленточной или свайно-винтовой.

Так, например, ЖБ-панели лучше всего возводить на монолитном фундаменте – так равномерно распределяется несущая нагрузка на конструкцию здания. Для СИП, сэндвич и других видов нетяжелых типов панелей подойдет ленточная и свайно-винтовая фундаментная основа.

Показатели ГСОП (градусо-климатические) и сопротивления теплопередаче, при определении толщины стенового слоя, имеют значение только при подсчете количества используемого утеплителя.

Данный расчет следует доверить специалистам-инженерам, которые профессионально его выполнят, на основании показателей таблиц из ГОСТов, применяемых к определенному типу панельных изделий.

Правила расчета

Рассчитывать требуемую толщину стен необходимо последовательно по всем правилам, после ознакомления с технической схемой (чертежом, планом) помещения. Прежде всего, необходимо проводить вычисления, с учетом теплопроводности стеновой конструкции.

Так, например, стену по используемым строительным материалам рассчитывают, используя следующую формулу:

R – коэффициент теплового сопротивления;
δ – толщина используемых расходных материалов;
λ – показатель удельной теплопроводности, рассчитываемый в (м 2 x °С/Вт).

В паспорте изделия, приобретаемого у проверенного производителя всегда указывается коэффициент теплопроводности. Согласно установленному стандарту норм сопротивления теплопередаче несущих (внешних) стен он должен составлять не меньше 3,2 λ (Вт/м х °С).

На практике, расчеты с R могут выглядеть так:

Панель ячеистого бетона имеет R, равный 0,12 Вт/м х °С. Требуемая толщина для региона должна быть 300 мм.
Используя формулу R=δ/ λ, получаем: 0,3/0,12 = 2,5 Вт/м х °С.

Получившийся показатель меньше нормы таблицы ГОСТа, поэтому, стена нуждается в утеплении.

По данному примеру, определяясь с толщиной стены, которую хотят обустроить утеплением, штукатуркой и отделкой, используют те же показатели, что и в основной формуле, но в обратной последовательности:

δ = λ х R – формула определения толщины стены.

Например: Нужно рассчитать толщину стены из ЖБ-панелей. Дан R= 2,04 Вт/м х °С (коэффициент теплопроводности). Используя формулу, получаем: 2,04 х 3,2 = 6,528 (м), округляем. Толщина стены панели по нормам в данном случае составляет 6,5 (м).

Если проверить толщину минеральной ваты, по показателям коэффициента теплопроводности, указанного в ГОСТах, при использовании вышестоящей формулы, утеплитель с толщиной слоя 14 (см) будет соответствовать λ (удельной теплопроводности) = 0,044 Вт/м х °С х 3,2 = 0,14 (м).

Прибавленное получившееся значение к показателю толщины ЖБ-панели покажет общий слой основной стены с утеплителем. Затем к ним прибавляют дополнительные слои штукатурки (2-3 см), гидроизоляции и отделки (размеры, в зависимости от типа), что в конечном итоге и будет толщиной всей стеновой конструкции.

Последствиями неправильных вычислений считаются:

Холод и сырость в зимний период.
Высокая влажность летом.
Разрушение конструкции (когда путают несущую конструкцию с перегородочной).

Можно также при расчетах воспользоваться помощью онлайн-калькулятора.

На примере СИП

Проведение вычислений ориентируется также и на температурные показатели. Провести расчет для панели СИП и предполагаемом использовании пенополистирола марки ПСБ С-25 100 (мм) можно таким образом:

Дано:

Атмосферный показатель температуры снаружи – -26 °С.
Температура внутри дома – +18 °С.
R снаружи – 23 Вт/м х °С.
R внутри – 8,7 Вт/м х °С.
СИП-плита – трехслойная, имеет общую толщину слоя.
ОСП 12 (мм).

R0 = 1:8,7+2 х 0,01:0,18 + 0,1:0,041+1:23=0,115+0,111+2,439+0,043=2,71 (Вт/м х °С)

Полученный показатель – 2,71 (Вт/м х °С) указывает на то, что, согласно сравнению нормативов по таблице ГОСТа, он должен быть больше 3, поэтому представленная толщина утеплителя не подходит, нужна более высокая.

Берем пенополистирол с толщиной 150 мм, получаем:

R0 = 1:8,7+2 х 0,01:0,18 + 0,14:0,041+1:23 = 0,115+0,111+3,415+0,0043 = 3,95 (Вт/м х °С)

Полученное значение 3,95 (Вт/м х °С) полностью отражает требуемые нормы к толщине, поэтому идеально подходят для СИП-панели. То есть, в данном случае утеплять панели необходимо пенополистролом, с толщиной 150 мм.

Другие показатели

В соответствиями с требованиями СНиП 23-01-99, которые касаются климатических особенностей региона, при вычислениях обращают внимание на температурные показатели. Пример с данными величинами можно посмотреть в разделе выше.

Указанный СНиП содержит таблицу № 1. В ней идет перечень всех населенных пунктов РФ по областям со среднегодовой температурой. Указанные показатели на пересечении точно определяют количество дней с низкими температурами в течение года.

Определение градусо-суток для всего отопительного сезона, с тем, чтобы вычислить требуемую толщину стены вместе с утеплителем, относится к дополнительным расчетам. В СНиПе 23-02-2003 указана формула, которая помогает определить нужный нам показатель.

Толщина S определяется так:

Например, панели ячеистого бетона имеют R (коэффициент теплопроводности) до 0,14 (Вт/м х °С). Норма требуемой толщины стеновой конструкции, по региону должна быть равна 3,2.

Перемножаем значения между собой, получаем 0,14 х 3,2 = 0,45 (м). То есть, с учетом климатических особенностей по региону, ее толщина по стандарту должна составлять не меньше 45 (см). Именно такой слой поможет защитить помещение от промерзания в самое холодное время года.

Заключение

Обустройство всех слоев стены, с их дальнейшей теплоизоляцией установлена рядом нормативных документов. Толщина утепления стены регулируется СНиПом 23-02-2003.

Понятие толщины стены и ее расчеты имеет значение для эффективного использования электроэнергии и ее экономии, аккумуляции тепла, возможности реконструкции жилой площади в эксплуатируемом помещении.

Читайте также: