Термическое сопротивление деревянного перекрытия

Обновлено: 02.05.2024

О расчёте приведённого сопротивления теплопередаче полов и стен на грунте

Часто спрашивают, как рассчитать приведённое сопротивление теплопередаче полов и стен в грунте. Для этого существует упрощённая методика расчёта, рассмотрим её суть.

Суть тепловых расчётов помещений, в той или иной степени находящихся в грунте, сводится к определению влияния атмосферного «холода» на их тепловой режим, а точнее, в какой степени некий грунт изолирует данное помещение от атмосферного температурного воздействия. Т.к. теплоизоляционные свойства грунта зависят от слишком большого числа факторов, то была принята так называемая методика 4-х зон. Она основана на простом предположении о том, что чем толще слой грунта, тем выше его теплоизоляционные свойства (в большей степени снижается влияние атмосферы). Кратчайшее расстояние (по вертикали или горизонтали) до атмосферы разбивают на 4 зоны, 3 из которых имеют ширину (если это пол по грунту) или глубину (если это стены по грунту) по 2 метра, а у четвёртой эти характеристики равны бесконечности. Каждой из 4-х зон присваиваются свои постоянные теплоизолирующие свойства по принципу – чем дальше зона (чем больше её порядковый номер), тем влияние атмосферы меньше. Опуская формализованный подход, можно сделать простой вывод о том, что чем дальше некая точка в помещении находится от атмосферы (с кратностью 2 м), тем в более благоприятных условиях (с точки зрения влияния атмосферы) она будет находиться.

Таким образом, отсчёт условных зон начинают по стене от уровня земли при условии наличия стен по грунту. Если стены по грунту отсутствуют, то первой зоной будет являться полоса пола, ближайшая к наружной стене. Далее нумеруются зоны 2 и 3 шириной по 2 метра. Оставшаяся зона — зона 4.

Важно учесть, что зона может начинаться на стене и заканчиваться на полу. В этом случае следует быть особо внимательным при проведении расчётов.

Если пол неутеплён, то значения сопротивлений теплопередаче неутеплённого пола по зонам равны:

зона 2 — R _н.п.=4,3 кв.м*С/Вт

зона 3 — R _н.п.=8,6 кв.м*С/Вт

зона 4 — R _н.п.=14,2 кв.м*С/Вт

Для расчёта сопротивления теплопередаче для утеплённых полов можно воспользоваться следующей формулой:

— сопротивление теплопередаче каждой зоны неутеплённого пола, кв.м*С/Вт;

— толщина утеплителя, м;

— коэффициент теплопроводности утеплителя, Вт/(м*С);

Если предусматривается деревянный пол на лагах, то сопротивление теплопередаче можно рассчитать по формуле:

Чердачное перекрытие должно возводиться очень крепким, с тем, чтобы удерживать проектную нагрузку и достаточно теплым, чтобы не стать источником холода для жилых помещений дома.

Перед возведением застройщик должен быть уверен, что конструкция в целом соответствует нормативным требованиям СНиП по величине пролета, поперечного сечения балок, шага их укладки, а также тепловым показателям по сопротивлению теплопередаче.

Эти параметры для чердачного перекрытия устанавливаются в процессе выполнения проекта на строительство дома.

Зачем это делать?

Чердак — это техническая или жилая зона, которая завершает строение дома. Чердачные перекрытия бывают нескольких типов балочные и безбалочные, на металлических балках или деревянных, сборно-монолитные и монолитные. Для того чтобы эта конструкция была прочной и не создавала область повышенных потерь тепла в доме ее предварительно рассчитывают на прочность и тепловое сопротивление.

Задача чердачного перекрытия распределить нагрузку от вышерасположенных стен, кровли, мебели и оборудования. Согласно СНиП, минимальная удельная эксплуатационная нагрузка для для техпомещений, установлены 150 кг/м 2 , а для жилых — 250 кг/м 2 .

Правильно выполненный расчет поможет выбрать размеры конструкции, чтобы она с запасом могла выдержать все расчетные нагрузки без повреждения основных несущих элементов дома.

Разница температур в жилой и технической зоне должна составлять не более 3°-4°. Для обеспечения этих условий утепляются не только стены и кровля, но и плита перекрытия, чтобы не допустить потерь тепла из жилых помещений.

Перед тем как оформить техническое задание на проектирование дома и чердачных перекрытий, заказчик должен четко понимать, как будет использоваться чердак, постоянно, как жилое помещение или временно, как техэтаж. От этого будет зависеть выбор его тепловой защиты, а также весовая нагрузка, которую используют для проверочных расчетов перекрытий.

Какие именно параметры нужны и почему?

Поскольку для проектирования чердачного перекрытия выполняют два вида расчетов: на сопротивление теплопередаче и прочность, потребуется рассчитать следующие показатели:

Несущую способность конструкции, данный показатель полностью зависит от стройматериала конструкции и вида перекрытия: балочное, безбалочное или монолитное.
Вертикальный предельный прогиб.
Максимальный момент Mmax и поперечную силу Qmax.
Размеры несущих балок или монолитной плиты.
Сопротивление теплопередаче каждого слоя и общее для многослойного перекрытия
Толщину теплоизоляции.
Паронепроницаемость.

Высчитываем нагрузки

Наиболее часто данные конструкции выполняют на деревянных или металлических балках. Самыми прочными считаются монолитные перекрытия, но они не везде могут устанавливаться, например, их нельзя размещать в деревянных и каркасных домах.

Есть ограничения и при использовании монолита в домах, возведенных из легкобетонных блоков. Для них потребуется дополнительное усиление стен в виде армированного железобетонного пояса.

Для того чтобы сравнить разные варианты конструкций чердачных перекрытий, можно принять за основу габариты дома 10х10 м, с жилым отапливаемым чердаком и несущей перегородкой, с пролетом — 5м.

По деревянным балкам

Расчет на прочность начинается со сбора нагрузок на перекрытие, которые бывают постоянные, связанные с весом самой конструкции и временные, вызванные пребыванием людей, единица измерения этого показателя — кг/м 2 .

Постоянная нагрузка рассчитывается по формуле:

Нормативная нагрузка Х К надежности = Расчетной нагрузке.

Первый показатель берется из справочника, так для многослойного перекрытия расчетная нагрузка будет состоять из суммы удельных нагрузок всех слоев конструкции:

Обрешетка: 20×1.3 = 26 кг/м 2 .
Пароизоляция: 5×1.3 = 6.5 кг/м 2 .
Дощатый пол по лагам с плотностью 550 кг/м3: 27.3×1.3 = 35,75 кг/м 2 .
Жесткие минераловатные плиты с плотностью = 370кг/м 3 : 29,6×1.2 = 35,52 кг/м 2 .
ДВП с плотностью 700кг/м 3 : 7×1.3 = 9,1 кг/м 2 .
Перегородки: 59×1.3 = 65 кг/м 2 .
Итого: 176 кг/м 2 .

Далее для расчета потребуется составить расчетную схему.

После этого по таблицам СНИП подбирает расчетные характеристики деревянных балок:

Rи = 13 МПа = 0.13т/см 2 .
E = 10000 МПа = 100000 кг/см 2 .
Вертикальный прогиб L/250.

После этого по формулам определяют наиболее возможный момент Mmax и поперечную силу Qmax.

По максимальному моменту находят момент сопротивления Wтр и необходимую высоту сечения hтр.

Мmax = qp•L2/8 = 176x5x5/8 = 55 кг•м = 5500 кг•см.
Qmax = qp•L/2 = 176×5/8 =110кг•м = 11000 кг•см.
Wтр = Мmax/Rи= 55/0.13= 423 см 3 .
hтр = √6Wтр/b=√ 6 x 423/150 x 0.1= 169 см.

Решающим показателем при подборе габаритов несущей балки является прочность, поэтому наилучший вариант будет сечением 150×200 мм.

Проверяют балочный прогиб:

Нагрузка нормативная qн = 176•0,8 = 140.8 кг/м.
f = (5•qн•L4)/(384•E•J) = (5•1.40•5004)/(384•100000•10000) = 1,13 см.

qн = 2,92 кг/cм;
момент инерции J = b•h3/12 = 15•20 x 20 x 20/12 = 10000 см 4 .

Определяют наибольший балочный прогиб:

fmax = L•1/250 = 500/250 = 2,0 см.

Сравнивают показатели:

Таким образом сечение 150×200 оптимально для данной конструкции.

По металлическим

Стальные балки рассчитывают согласно требованиям СНиП:

сталь для расчета принимается С-235;
расчётное сопротивление Rу=2100 кг/см 2 ;
E = 2100000 кг/см 2 ;
расчетная нагрузка – 400.0 кг/м 2 .

Аналогично, как и при расчете деревянных конструкций, вначале выполняется сбор нагрузок. Для двутавра они делятся на 2 вида: расчетные и нормативные. Первые применяют для проверки металлопрофиля на устойчивость и прочность. Вторые устанавливаются нормами и используются для проверки его на прогиб. Расчетные напряжения устанавливают умножением норматива на К надежности.

Чтобы балка соответствовала нужной прочности находят Wтр.

Выполняя расчет по формулам, получают:

Максимальный момент;
Mmax = 5Т;
Qmax = 2Т;
Wтр. = 212.59 см 3 .

Для выбора двутавра по прогибу устанавливают момент инерции Iтр = 4761,905 см 4 , после чего из таблиц металлопрофилей выбирают соответствующий типоразмер. В данном случае в наибольшей степени по условиям эксплуатации подходит двутавр No27, с характеристиками Wтр = 371>212 и Iтр = 5010>4761.

Цельной плиты

Вначале для монолитной плиты 10×10м, толщиной 200 мм и плотностью 2500 кг/м 3 выполняют сбор нагрузок:

Нормативная постоянная нагрузка плиты будет равна:220×2500 = 550 кг/м 2 .
Коэффициент надежности -1,2.
Расчетная постоянная нагрузка, 550×1.2 = 605 кг/м 2 .
Полезная нагрузка для жилого помещения — 150 кг/м 2 .
К надежности -1,3.
Расчетная временная нагрузка, 150×1.3 = 195 кг/м 2 .
ИТОГО: 800.0 кг/м 2

По формуле рассчитывают изгибающую нагрузку на плиту, допустимый прогиб и размеры арматурного каркаса. В результате расчета получаем все необходимые характеристики для строительства монолитной плиты чердачного перекрытия:

Периметр плиты — 40 м.
Площадь подошвы плиты — 100 м 2 .
Площадь боковой поверхности — 8.8 м 2 .
Объем бетона — 22 м 3 .
Вес бетона — 51700 кг.
Нагрузка на почву от фундамента — 0.052 кг/см 2 .
Минимальный диаметр стержней арматурной сетки — 14 мм.
Минимальный диаметр поперечных стержней арматуры (хомутов) — 6 мм.
Размер ячейки сетки — 20×20 cм.
Величина нахлеста арматуры — 66 см.
Общая длина продольной арматуры диаметром 14мм с учетом перевязки внахлест — 2111.6 м.
Общий вес продольной арматуры — 2550 кг.
Общая длина вертикальной арматуры диаметром 6мм — 426.6 м.
Общий вес вертикальной арматуры — 95 кг.
Кол-во досок для опалубки размером 15 x 600 см — 12 шт.

Как рассчитать?

Теплотехнический расчет чердачного перекрытия должен соответствовать российской нормативной базе по энергосбережению.

— «Тепловая защита зданий». — «Проектирование тепловой защиты зданий». — «Конструкции строительные ограждающие неоднородные. Расчет приведенного сопротивления теплопередаче». — Теплозащитные свойства ограждающих конструкций зданий.

В результате расчетов проверяется соответствие многослойного перекрытия санитарно-гигиеническим нормам.

Поиск потерь тепла

Для примера расчета чердачного перекрытия 10×10 м, расположенного в г. Москве из климатических справочников выбирают данные для проведения расчетов:

Расчётная Т внутреннего воздуха tв — +21 С;
Число дней отопительного периода Zот.пер — 214 сут;
Средняя Т наружного воздуха за отапливаемый период tот.пер — -3.1С.

По ним рассчитывают градусо/сутки отапливаемого периода ГСОП:

ГСОП = (tв — tот.пер) • Zот.пер = (21 — (-3.1)) • 214 = 5157.4 м 2 • С/Вт
Необходимое сопротивление теплопередаче: Rтр = a • ГСОП + b = 0.00035 • 5157.4 + 1.4 = 3.2051 м 2 •С/Втэ

По исходным данным определяют тепловое сопротивление многослойного перекрытия:

Процент влажность в чердачном помещении ϕ — 55%.
Коэффициент, расположения внешней поверхности к атмосферному воздуху n — 1.
К теплоотдачи перекрытия (int) — 8.7.
К теплоотдачи поверхности стен α (ext) — 12.
Нормативный перепад температур Δt (n) — 3С.
Термосопротивление перекрытия 1.88 м 2 •С/Вт.

Далее проверяется соответствие многослойного перекрытия нормам СЭС по тепловой защите. Для этого используют формулы СНиП.

Термосопротивление поверхности перекрытия:

Сопротивление теплопередачи многослойного перекрытия:

Минимально необходимое сопротивление теплопередачи:

Например, для многослойного чердачного перекрытия в составе:

Черновая доска — 30 мм.
Пароизоляционная мембрана — 0.1 мм.
Замкнутая воздушная прослойка — 20 мм.
Обрешетка сосна и ель вдоль волокон — 25 мм.
Минеральная (каменная) вата 120-170 кг/м 3 — 70 мм.
Влагозащитная мембрана — 0.1 мм.
Плиты древесно-стружечные, плотность 800 кг/м 3 — 10 мм.

На основании расчетных формул получают результаты сопротивления теплопередачи:

перекрытия [R], 2.08 м 2 • С/Вт;
согласно нормативам СЭС [Rс] — 1.72;
нормируемое [Rэ] — 3.16 м 2 • С/Вт.

Поскольку фактическое сопротивление теплопередачи превышает требования СЭС R>Rс то выбранная конструкция обеспечивает тепловую защиту здания, а подобранный пирог многослойного перекрытия, работает без образования в нем конденсата.

Особенности в подсчетах для теплых и холодных чердаков

Чердачные перекрытия для теплых и холодных помещений отличаются между собой по температурному напору. В первом случае он минимальный, а, следовательно, тепловые потери будут стремиться к нулю, а во втором случае – максимальный, что соответственно вызовет рост тепловых потерь.

Для того чтобы обеспечить в доме санитарные требования по температуре внутреннего воздуха, во втором случае потребуется увеличить слой теплозащиты.

Так для вышепредставленного примера теплого чердачного многослойного перекрытия, обеспечить требуемую температуру внутри помещений, можно если установить толщину минваты – 70 мм. В этом случае конструкция сможет обеспечить сопротивление теплопередачи 2,08 м 2 •С/Вт, что недостаточно будет для холодного чердачного перекрытия.

Согласно расчетам, минимальный слой минваты в холодном чердачном помещении должен быть 150 мм, тогда перекрытие сможет обеспечить сопротивление теплопередачи 3,94 м 2 •С/Вт, чтобы компенсировать повышенные потери тепловой энергии в нем.

Последствия ошибок в вычислениях

Ошибки в расчетах чердачных перекрытиях приводят к сверхнормативным прогибам балок, промерзанию конструкций у внешних стен, расслоению штукатурки, образованию трещины в местах сопряжения перекрытий со стенками, высокой звукопроводности и максимальным потерям тепла.

Самые опасные ошибки в чердачных перекрытиях, те, что вызывают сверхнормативный прогиб конструкции. В этом случае, из-за перегрузки конструкции она разрушается.

В монолитном перекрытии под воздействием таких нагрузок вначале начинает растрескиваться нижний слой бетона. В этот момент преднапряженные арматурные стержни переходят из стабильной стадии в нестабильную, когда они больше не могут обеспечивать прочность перекрытию.

Прогибы не должны превышать для пролетов свыше 7.5 м — 1/250. При превышающих фактических прогибах станут проявляться дефекты в стенах. В этом случае потребуется выполнить усиление перекрытий.

Заключение

Чердачное перекрытие — ответственная конструкция, которая завершает строительство дома. Оно может выполняться, как на деревянных или металлических балках, так и монолитным. Перед установкой данной конструкции требуется провести расчеты на прочность и теплостойкость и если они окажутся ниже нормативных требований, проводят дополнительное усиление и утепление перекрытий.

Очень часто в построенных уже домах возникает необходимость дополнительного утепления пола, перекрытий, стен, чердака. Это происходит по причине того что при строительстве дома были неучтены особенности ограждающих конструкций, или элементарно было желание строителей сэкономить на стоимости материала, дабы уменьшить итоговую смету по строительству коробки дома. В итоги заказчик вселяется в уже отстроенный дом и . начинает мерзнуть, простужаться и т.д. В результате возникает необходимость дополнительных мероприятий по утеплению жилища, что конечно же обходится заказчику значительно дороже, чем если бы изначально все было бы сделано правильно и грамотно. Мы уже в предыдущих статьях считали толщину наружных стен кирпичного дома для строительства в Московской области, а также рассчитывали толщину стен брусового дома также возводимого в Московском регионе. В этом материале мы рассчитаем толщину утеплителя в цокольном деревянном перекрытие выполненном по деревянным балкам (толщина балок перекрытия 200 мм).

Теплотехнический расчет необходимой толщины утеплителя для цокольного деревянного перекрытия в строящимся загородном доме в Московской области.

Конструктивный пирог перекрытия представлен ниже на фото.

Конструкция перекрытия цоколя по деревянным балкам; 1 - балки перекрытия; 2 - черепной брусок; 3 - деревянный (дощатый) накат; 4 - слой утеплителя (стиропор); 5 - пароизоляция; 6 - деревянный пол; 7 - щель воздухообмена; 8 - плинтус.

Зоны влажности на территории России и стран СНГ

Исходные данные для слоев ограждающих конструкций;
- деревянного пола (шпунтованная доска); δ₁ = 0,04 м; λ₁ = 0,18 Вт/м•°С;
- пароизоляция; несущественно.
- воздушной прослойки: Rпр = 0,16 м2•°С/Вт; δ₂ = 0,04 м λ₂ = 0,18 Вт/м•°С; (Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки >>>.)
- утеплителя (стиропор); δ_ут = ? м; λ_ут = 0,05 Вт/м•°С;
- черновой пол (доска); δ₃ = 0,025 м; λ₃ = 0,18 Вт/м•°С;

Как мы уже отмечали для упрощения теплотехнического расчета введен повышающий коэффициент (k), который приближает величину расчетного теплосопротивления к рекомендуемым теплосопротивлениям ограждающих конструкций; для надподвальных и цокольных перекрытий этот коэффициент равен 2,0. Требуемое теплосопротивление рассчитываем исходя из того, что температура наружного воздуха (в подполе) равна; - 10°С. (впрочем, каждый может поставить ту температуру, которую посчитает нужной для своего конкретного случая).

Считаем:

Где Rтр - требуемое теплосопротивление,
tв - расчетная температура внутреннего воздуха, °С. Она принимается по СНиПу и равняется 18 °С, но, поскольку все мы любим тепло, то предлагаем температуру внутреннего воздуха поднять до 21°С.
tн - расчетная температура наружного воздуха, °С, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки в заданном районе строительстве. Предлагаем температуру в подполе tн принять "-10°С", это конечно же для Московской области большой запас, но здесь по нашему мнению лучше перезаложиться чем не досчитать. Ну а если следовать правилам, то температура наружного воздуха tн принимается согласно СНиПу "Строительная климатология". Также необходимую нормативную величину можно выяснить в местных строительных организациях, либо районных отделах архитектуры.
δt_н · α_в - произведение, находящиеся в знаменателе дроби, равно: 34,8 Вт/м2 - для наружный стен, 26,1 Вт/м2 - для покрытий и чердачных перекрытий, 17,4 Вт/м2 (в нашем случае) - для надподвальных перекрытий.

Теперь рассчитываем толщину утеплителя из экструдированного пенополистирола (стиропора).

Где δ_ут - толщина утепляющего слоя, м;
δ₁…… δ₃ - толщина отдельных слоев ограждающих конструкций, м;
λ₁…… λ₃ - коэффициенты теплопроводности отдельных слоев, Вт/м•°С (см. Справочник строителя);
Rпр - тепловое сопротивление воздушной прослойки, м2•°С/Вт. Если в ограждающей конструкции воздушный продух не предусмотрен, то эту величину исключают из формулы;
α_в, α_н - коэффициенты теплопередачи внутренней и наружной поверхности перекрытия, равные соответственно 8,7 и 23 Вт/м2•°С;
λ_ут - коэффициент теплопроводности утепляющего слоя (в нашем случае стиропор - экструдированный пенополистирол), Вт/м•°С.

Вывод; Для того чтобы удовлетворять предъявленным требованиям по температурному режиму эксплуатации дома, толщина утепляющего слоя из пенополистирольных плит, расположенного в цокольном перекрытие пола по деревянным балкам (толщина балок 200 мм) должна быть не менее 11 см. Так как мы изначально задали завышенные параметры, то варианты могут быть следующие; это либо пирог из двух слоев 50 мм плит стиропора (минимум), либо пирог из четырех слоев 30 мм плит стиропора (максимум).

Дерево является одним из самых распространённых строительных материалов на земле, насчитывающим многовековую историю. Из дерева строят дома, бани, церкви, возводят элитные коттеджи и временные постройки. Повсеместная распространённость и доступность древесины, обеспечивают этому материалу повышенную привлекательность в глазах застройщиков.

Наш портал уже подробно рассказывал, из какой древесины лучше строить дом , и чем отличается профилированный брус от обычного . Продолжаем начатый цикл статей.

Расчёт толщины стен сруба и диаметра бревна

Будет ли тепло в деревянном доме, если диаметр брёвен равен 25, 30, 35 и более см. Это — один из главных вопросов, которые должен задать себе любой застройщик, задумавший построить дом из окорённого или оцилиндрованного бревна. Согласитесь, что неразумно строить бревенчатый дом, если потом выяснится, что толщины стен недостаточно, чтобы с комфортом пережить суровую зиму. Утеплять дом снаружи или изнутри – тоже не вариант: пропадёт вся эстетика бревна. Остаётся усиленно топить бревенчатый дом и увеличить расходы на энергоносители или заранее просчитать достаточную толщину стен применительно к региону проживания.

В одной из наших прошлых статей мы уже подробно рассказывали, как рассчитать толщину утеплителя для каменного дома. На первый взгляд кажется, что сделать расчёт для бревенчатого дома просто — надо узнать требуемое нормированное теплосопротивление стен (R) вашего региона проживания. Для этого находим эти данные в Интернете. Например, для упрощённого расчёта (для Москвы и Московской области) возьмём R = 3.0 (м²*°С)/Вт.

Теперь нам надо узнать фактическую величину теплосопротивления стены, сложенной из бревна определённого диаметра. После чего мы сможем узнать (на основании расчёта), соответствует ли сопротивление теплопередачи нормативам. Для этого нужно воспользоваться следующей формулой:

d — толщина материала;

λ — коэффициент теплопроводности материала Вт/(м·°C).

Именно здесь кроется первый подводный камень. Коэффициент теплопроводности дерева (λ) представлен в следующей таблице:

Как видно, в ней приведены три значения. Какое из них брать, и что означают «обычные» и «влажные» условия?

Коэффициент теплопроводности материала (в том числе и утеплителя) во многом зависит от его влажности. А эксплуатационная влажность материала зависит от климатической зоны и режима использования помещения.

Например, теплопроводность сосны и ели (в сухом состоянии) поперек волокон (тепловая энергия из деревянного дома выходит наружу поперёк бревна ) составляет 0.09 Вт/(м·°C). При нормальных условиях эксплуатации (А) и при эксплуатации во влажной зоне (Б) коэффициент теплопроводности материала увеличивается и составляет 0.14-0.18 Вт/(м·°C).

Если материал переувлажнён, увеличивается его коэффициент теплопроводности, и уменьшается термическое сопротивление конструкции. Поэтому, для примерного расчёта, возьмём следующее значение: материал стен - сосна, коэффициент теплопроводности материала (усреднённое значение в нормальных условиях эксплуатации) – 0.15 Вт/(м·°C).

Чаще всего коэффициент теплопроводности материалов и утеплителей указывается в сухом состоянии, т.е. полученный при лабораторных испытаниях, которые отличаются от реальных условий эксплуатации. Об этом нужно помнить, производя самостоятельный расчёт.

Итак, с коэффициентом теплопроводности дерева мы разобрались. Остаётся выбрать толщину стены, для которой требуется произвести расчёт. И здесь кроется второй подводный камень. Брёвна укладываются друг на друга, т.е. есть паз. Причём, в зависимости от диаметра бревна (D), требований заказчика, меняется ширина паза (H), а значит и фактическая ширина этого узла в привязке к толщине бревна. Эта взаимосвязь представлена на следующем рисунке.

Видно, что при одинаковом диаметре брёвен, в зависимости от конструктивных особенностей узла примыкания брёвен, ширина паза может варьироваться. Поэтому просто подставить в вышеприведённую формулу толщину выбранного бревна нельзя. Нужен некий общий знаменатель, который можно использовать для расчёта. Для решения этой задачи воспользуемся опытом пользователя нашего портала с ником zaletchik .

Я хочу жить в рубленом доме. Газа на участке нет, и не предвидится. Регион проживания — Московская область. Значит — остро стоит вопрос уменьшения затрат на отопление. Отапливать дом собираюсь котлом, работающим на дизельном топливе. Эти вводные данные вынудили меня заняться изучением теплофизических свойств сруба.

Сначала zaletchik рассчитывал теплохарактеристики сруба, вычисляя среднее значение толщины ограждающей конструкции. Такой подход был не совсем корректен, т.к. теплопотери считались прямо пропорционально толщине стены. В результат мозгового штурма и общения с пользователями FORUMHOUSE, zaletchik сделал более правильный расчёт.

Для корректного расчёта теплопроводности стен рубленого дома я рассчитал толщину сруба из бруса, обладающего такими же теплоизоляционными свойствами, что и сруб из бревна определённого диаметра (D).

Оставив за рамками статьи подробности расчётов, с которыми можно ознакомится в теме размышления и измышления по поводу теплопроводности сруба , сразу перейдём к полученным коэффициентам, которые нужны нам для расчёта.

Для различных значений ε (H/D отношение толщины паза к диаметру бревна ) вычислены соответствующие значения μ (Hэфф*D отношение толщины бруса к диаметру бревна , имеющие одинаковые теплопроводящие свойства). Результаты сведены в таблицу.

Для наглядности рассмотрим следующий пример. Допустим, диаметр бревна, используемого в строительстве сруба – 45 см. Ширина паза – 23 см. Отсюда: ε = 23/45 = 0.5. Теперь находим в таблице значение μ, соответствующее полученной цифре. Это – 0.83. Далее находим толщину стены, сложенной из бруса, в отношении к диаметру бревна, имеющих одинаковые теплопроводящие свойства: 0.83*45 = 37.4 см. Переводим в метры – 0.374 м.

Получив эту цифру, мы теперь можем рассчитать тепловое сопротивление стены, сложенной из бревна. Для этого подставляем полученные значения в следующую формулу:

d — толщина материала;

λ — коэффициент теплопроводности материала Вт/(м·°C). В нашем варианте бревна из сосны – 0.15 Вт/(м·°C).

R = 0.374/0.15 = 2.49 (м²*°С)/Вт

Либо, можно воспользоваться такой формулой:

μ - коэффициент, берется из таблицы, указанной выше;

D - диаметр бревна в м;

λ - коэффициент теплопроводности древесины.

R = 0.83*0.45/0.15 = 2.49 (м²*°С)/Вт

Ранее мы указывали, что для Москвы и Московской области R = 3.0 (м²*°С)/Вт. Исходя из полученного результата, для стен, сложенных из сосновых брёвен, R = 2.49 (м²*°С)/Вт. Т.е. стена не дотягивает до регламентируемого значения теплосопротивления. Можно увеличить диаметр бревна или выбрать другую древесину – кедровую сосну. Коэффициент теплопроводности этого материала (диаметр бревна и ширину паза оставляем без изменений) – 0.095-0.10 Вт/(м·°C).

R = 0.83*0.45/0.10 = 3.74 (м²*°С)/Вт

Т.е., норма по фактическому сопротивлению теплопередачи перекрыта.

Можно пойти по другому пути и воспользоваться другой формулой, чтобы узнать необходимый диаметр бревна из соотношения: ширина паза в полдиаметра бревна.

Rtp – регламентируемое теплосопротивление стены;

λ - коэффициент теплопроводности древесины;

Делаем расчёт для сосны.

D = 3.0*0.15/0.83 = 0.54 м.

Воспользовавшись данной методикой и «играя» с разными величинами – меняя диаметр бревна, ширину паза, древесину – можно произвести самостоятельный расчёт и выбрать оптимальную толщину стены бревенчатого дома.

Мои прадед и дед были специалистами по строительству срубов, лесозаготовке и деревообработке. От них я узнал о требуемой ширине паза в 1/2. 2/3 диаметра бревна.

Также на теплоэффективность бревенчатой стены влияет не только ширина паза, но и профиль бревна — его сечение: круглое или т.н. полубревно, обтёсанное с двух сторон — лафет. Стесав древесину, мы уменьшаем теплосопротивление стены, т.к. бревно в стене работает всем своим сечением.

Конечно, результаты данного упрощённого расчёта ориентировочны. Большая часть теплопотерь в доме происходит через окна, систему вентиляции, кровлю и фундамент. Т.е. тёплый деревянный дом — это сбалансированная система, где все узлы работают в тесном взаимодействии и соответствуют друг другу. Нет смысла делать стены из бревна диаметром в 0.4-0.5 метра и выбирать широкий паз, если дом продувается через щели, а углы промерзают.

Особенности рубки сруба

Чтобы выбрать оптимальный вариант рубки бревенчатого дома и тем самым сделать его тёплым, нужно понять, какие варианты рубки существуют, и чем они отличаются друг от друга. Сначала надо дать определение таким понятиям, как врубка и венец.

При правильной врубке нагрузки равномерно перераспределяются между брёвнами. Для этого все соприкасающиеся части должны плотно прилегать друг к другу. Также в этих местах не должна скапливаться влага, которая со временем может вызвать гниение древесины.

Венец — это сруб дома, состоящий из четырёх брёвен, уложенных в горизонтальной плоскости. По углам венец связывается врубкой. В процессе возведения дома венцы укладываются друг на друга — получается стена.

Следует помнить, что от диаметра бревна и ширины паза зависит количество венцов, что влияет на расход материала, а значит — на конечную цену и теплотехнические свойства сруба. Например, для возведения стены высотой в 3 метра из бревна диаметром в 25 см и 40 см потребуется разное количество венцов. При строительстве дома из бревна большего диаметра уменьшается количество врубок, замков, межвенцовых соединений. Т.е. мест, которые впоследствии могут продуваться, что приведёт к теплопотерям.

Выбирая бревно для сруба, необходимо соблюсти баланс между диаметром бревна, его стоимостью (цена за материал) и цены за работу с таким бревном.

Мастерам работать с бревном большого диаметра сложнее физически. Также может потребоваться использование спецтехники — крана.

Кроме этого, при выборе в качестве строительного материала окорённого бревна, помним о таком параметре как сбежистость.

Сбежистость — разница в толщине бревна в соотношении диаметра комля и верхушки. Окорённое бревно, не прошедшее, в отличие от оцилиндрованного бревна, машинную обработку, не может быть полностью ровным. Его нижняя часть (особенно при большой длине бревна) всегда толще, чем верх. Чтобы стена получалась ровной, при строительстве рубленого дома мастера, при укладке венцов, чередуют разные по толщине брёвна.

Ведущие тенденции современного строительства – это возведение домов с максимальной энергоэффективностью. То есть с возможностью создания и поддержания комфортных условий проживания при минимальных затратах энергоносителей. Понятно, что многим нашим строителям, ведущим возведение своих жилых владений самостоятельно, до таких показателей пока далековато, но стремиться к этому – необходимо всегда.

Прежде всего, это касается минимизации тепловых потерь через строительные конструкции. Достигается такое снижение эффективной термоизоляцией, выполненной на основании теплотехнических расчетов. Проектирование в идеале должны проводить специалисты, но часто обстоятельства понуждают владельцев жилья и такие вопросы брать в свои руки. Значит, необходимо иметь общие представления о базовых понятиях строительной теплотехники. Прежде всего – что такое теплопроводность строительных материалов, в чем она измеряется, как просчитывается.

Если разобраться с этими «азами», то будет проще всерьез, со знанием дела , а не по наитию, заниматься вопросами утепления своего жилья.

Что такое теплопроводность, какими единицами измерения она описывается?

Если не рассматривать каких-то теоретических условий, то в реальности все физические тела, жидкости или газы обладают способностью к передаче тепла. Иными словами, чтобы было понятнее, если какой-то объект начинают нагревать с одной из сторон, он становится проводником тепла, нагреваясь сам и передавая тепловую энергию дальше. Точно так же – и при охлаждении, только с «обратным знаком».

Даже на простом бытовом уровне всем понятно, что эта способность выражена у разных материалов в очень отличающейся степени. Например, одно дело мешать готовящееся на плите кипящее блюдо деревянной лопаткой, и совсем другое – металлической ложкой, которая практически моментально разогреется до такой температуры, что ее невозможно будет держать в руках. Этот пример наглядно показывает, что теплопроводность металла во много раз выше, чем у дерева.

«Практическое применение» огромной разницы в теплопроводности материалов – пробка, подсунутая под скобу металлической крышки кастрюли. Снять такую крышку с кипящей на плите посуды можно голыми пальцами, не опасаясь ожога.

И таких примеров – масса, буквально на каждом шагу. Например, прикоснитесь рукой к обычной деревянной двери в комнате, и к металлической ручке, прикрученной на ней. По ощущениям – ручка холоднее. Но такого не может быть – все предметы в помещении имеют примерно равную температуру. Просто металл ручки быстрее отвел на себя тепло тела, что и вызвало ощущения более холодной поверхности.

Коэффициент теплопроводности материала

Существует специальная единица, которая характеризует любой материал, как проводник тепла. Называется она коэффициентом теплопроводности, обозначается обычно греческой буквой λ , и измеряется в Вт/(м×℃). (Во многих встречающихся формулах вместо градусов Цельсия ℃ указаны градусы Кельвина, К , но сути это не меняет).

Этот коэффициент показывает способность материала передавать определенное количество тепла на определённое расстояние за единицу времени. Причем, это показатель характеризует именно материал, то есть без привязки к каким бы то ни было размерам.

Такие коэффициенты рассчитаны для практически любых строительных и иных материалов. Ниже в данной публикации приведены таблицы для различных групп – растворов, бетонов, кирпичной и каменной кладки, утеплителей, древесины, металлов и т.д. Даже беглого взгляда на них достаточно, чтобы убедиться, насколько эти коэффициенты могут отличаться.

Очень часто производители стройматериалов того или иного предназначения в череде паспортных характеристик указывают и коэффициент теплопроводности.

Материалы, которые отличаются высокой проводимостью тепла, например, металлы, как раз и находят часто применение в роли теплоотводов или теплообменников. Классический пример – радиаторы отопления, в которых чем лучше их стенки будут передавать нагрев от теплоносителя, тем эффективнее их работа.

А вот для большинства строительных материалов – ситуация обратная. То есть чем меньше коэффициент теплопроводности материала, из которого возведена условная стенка, тем меньше тепла будет терять здание с приходом холодов. Или, тем меньше можно будет сделать толщину стены при одинаковых показателях теплопроводности.

И на иллюстрации ниже показаны весьма наглядные схемы, как будет различаться толщина стены из разных материалов при равных способностях удержать тепло в доме. Комментарии, наверное, не нужны.

Одинаковая термоизоляционная способность – и совершенно разные толщины. Хороший пример по разнице в теплопроводности.

В справочной литературе часто указывается не одно значение коэффициента теплопроводности для какого-то материала, а целых три. (А иногда – и больше, так как этот коэффициент может меняться с изменением температуры). И это – правильно, так как на теплопроводные качества влияют и условия эксплуатации. И в первую очередь – влажность.

Это свойственно большинству материалов – при насыщении влагой коэффициент теплопроводности увеличивается. И если ставится цель выполнить расчеты максимально точно, с привязкой к реальным условиям эксплуатации, то рекомендуется не пренебрегать этой разницей.

Сопротивление теплопередаче

Итак, коэффициент теплопроводности характеризует сам материал. Но с практической точки зрения, наверное, важнее иметь какую-то величину, которая будет описывать теплопроводные способности конкретной конструкции. То есть уже с учетом особенностей ее строения и размеров.

Такая единица измерения есть, и называется она сопротивлением теплопередаче. Ее можно считать обратной величиной коэффициенту теплопроводности, с одновременным учетом толщины материала.

Обозначается сопротивление теплопередаче (или, как его часто именуют, термическое сопротивление) латинской буквой R. Если «плясать» от коэффициента теплопроводности, то определяется оно по следующей формуле.

R = h/λ

R — сопротивление теплопередаче однослойной однородной ограждающей конструкции, м²×℃/Вт;

h — толщина этого слоя, выраженная в метрах;

λ — коэффициент теплопроводности материала, из которого изготовлена эта ограждающая конструкция, Вт/(м×℃).

Очень часто в строительстве используются многослойные конструкции. В том числе одним из слоев нередко выступает утеплительный материал с очень низким коэффициентом теплопроводности – специально, чтобы максимально повысить значение термического сопротивления. Дело в том, что общее значение суммируется из сопротивлений всех слоев, составляющих ограждающую конструкцию. И к ним добавляется сопротивление приграничных слоев воздуха на внешней и внутренней поверхностях конструкции.

Формула сопротивления перегородки с n-слоев будет такой:

Rsum = R₁ + R₂ + …+Rn + Rai + Rao

Rsum — суммарное термическое сопротивление ограждающей конструкции;

R₁ … Rn — сопротивления слоев, от 1 до n;

Rai — сопротивление пристенного слоя воздуха внутри;

Rao — сопротивление пристенного слоя воздуха снаружи.

Для каждого из слоев сопротивление рассчитывается отдельно, исходя из коэффициента теплопроводности материала и толщины.

Есть специальная методика расчета и коэффициентов воздушных прослоек вдоль стены снаружи и внутри. Но для упрощенных расчётов их вполне можно взять равными суммарно 0,16 м²×℃/Вт – большой погрешности не будет.

Кстати, если в конструкции перегородки предусмотрена воздушная полость, не сообщающаяся с внешним воздухом, то она тоже дает весомую добавку к общему сопротивлению теплопередаче.

Для чего используются такие расчеты в практическом приложении?

Оценка эффективности имеющейся термоизоляции

А для чего бывает необходимо вычислять это сопротивление, какая от этого практическая польза?

Такими расчетами можно очень точно оценить степень термоизоляции своего жилья.

Дело в том, что для различных климатических регионов России специалистами рассчитаны так называемые нормативные показатели этого сопротивления теплопередаче, отдельно для стен, перекрытий и покрытий. То есть если сопротивление конструкции отвечает этой норме, то за утепление можно быть спокойным.

Значение этих нормированных сопротивлений для разных строительных конструкций можно найти, воспользовавшись предлагаемой картой схемой.

Если не дотягивает – надо принимать меры, усиливать термоизоляцию, чтобы минимизировать потери тепла. И, стало быть, решить обратную задачу. То есть с использованием той же формулы (сопротивление от коэффициента теплопроводности и толщины) найти ту толщину утепления, которая восполнит имеющийся «дефицит» до нормы.

Ну а если термоизоляции пока нет, то тут и вовсе все просто. Тогда потребуется определить, какой слой выбранного утеплительного материала обеспечит выход на нормированное значение сопротивления теплопередаче.

Определение уровня тепловых потерь

Еще одна важная задача – это определение величины тепловых потерь через ограждающую конструкцию. Такие вычисления бывают необходимы когда, например, определяется требуемая мощность системы отопления. Как по помещениям — для правильной расстановки обогревательных приборов (радиаторов), так и общая — для выбора оптимальной модели котла.

Каждая конструкция характеризуется своим уровнем тепловых потерь, которые необходимо определять и для правильного планирования системы отопления, и для совершенствования системы термоизоляции.

Дело в том, что это сопротивление описывается еще одной формулой, уже от разницы температур и количества тепла, уходящего через ограждающую конструкцию площадью один квадратный метр.

R = Δt / q

Δt — разница температур по обе стороны конструкции, ℃.

q — удельное количество теряемого тепла, Вт.

То есть если известна площадь ограждающей конструкции и ее термическое сопротивление (определенное, например, через толщину и коэффициент теплопроводности), если известно, для каких условий производится расчет (например, нормальная температура в помещении и самые сильные морозы, присущие данной местности), то можно спрогнозировать и тепловые потери через эту конструкцию.

Q = S × Δt/R

Q — теплопотери через ограждающую конструкцию, Вт.

S — площадь этой конструкции, м².

Такие расчеты в помещении проводятся для всех ограждающих конструкций, контактирующих с холодом, и затем определяется суммарные потери, которые должны компенсироваться системой отопления. Или, если эти потери получаются слишком большими – это становится побудительным мотивом к усовершенствованию системы термоизоляции – что-то с ней не так.

Еще одна ремарка. Это мы говорили о конструкциях, состоящих из нескольких слоев разных строительных и утеплительных материалов. А как быть с окнами? Как для них просчитывается сопротивление теплопередаче?

Методика здесь – несколько иная, и самостоятельно заниматься такими расчетами вряд ли имеет смысл. Можно воспользоваться таблицей, в которой уже имеются готовые значения сопротивления для различных типов конструкций окон.

Поддержите развитие канала! А мы для вас отправим полный типовой проект с размерами и планировками бесплатно!

Читайте также: