Расчет толщины для наружных стен жилого дома. Сравнение теплопроводности различных строительных материалов и расчет толщины стен Сравнительная характеристика стройматериалов по теплопроводности
Строительство коттеджа или дачного дома - это сложный и трудоемкий процесс. И для того, чтобы будущее строение простояло не один десяток лет, нужно соблюдать все нормы и стандарты при его возведении. Поэтому каждый этап строительства требует точных расчетов и качественного выполнения необходимых работ.
Одним из самых важных показателей при строительстве и отделке строения является теплопроводность строительных материалов. СНИП (строительные нормы и правила) дает полный спектр информации по данному вопросу. Ее необходимо знать, чтобы будущее здание было комфортным для проживания как в летний, так и в зимний период.
Идеальный теплый дом
От конструктивных особенностей строения и применяемых при его возведении материалов зависит комфорт и экономичность проживания в нем. Комфорт заключается в создании оптимального микроклимата внутри вне зависимости от внешних погодных условий и температуры окружающей среды. Если материалы подобраны правильно, а котельное оборудование и вентиляция установлены согласно нормам, то в таком доме будет комфортная прохладная температура летом и тепло зимой. К тому же если все материалы, используемые при строительстве, обладают хорошими теплоизоляционными свойствами, то расходы на энергоносители при отоплении помещений будут минимальны.
Понятие теплопроводности
Теплопроводность - это передача тепловой энергии между непосредственно соприкасающимися телами или средами. Простыми словами теплопроводность - это способность материала проводить температуру. То есть, попадая в какую-то среду с отличающейся температурой, материал начинает принимать температуру этой среды.
Этот процесс имеет большое значение и в строительстве. Так, в доме с помощью отопительного оборудования поддерживается оптимальная температура (20-25°C). Если температура на улице будет ниже, то когда отключается отопление, все тепло из дома через некоторое время выйдет на улицу, и температура понизится. Летом происходит обратная ситуация. Чтобы сделать температуру в доме ниже уличной, приходится использовать кондиционер.
Коэффициент теплопроводности
Потеря тепла в доме неизбежна. Она происходит постоянно, когда температура снаружи меньше, чем в помещении. А вот ее интенсивность - это переменная величина. Она зависит от множества факторов, главными среди которых являются:
- Площадь поверхностей, участвующих в теплообмене (крыша, стены, перекрытия, пол).
- Показатель теплопроводности строительных материалов и отдельных элементов здания (окна, двери).
- Разница между температурами на улице и внутри дома.
- И другие.
Для количественной характеристики теплопроводности строительных материалов используют специальный коэффициент. Используя этот показатель, можно довольно просто рассчитать необходимую теплоизоляцию для всех частей дома (стены, крыша, перекрытия, пол). Чем выше коэффициент теплопроводности строительных материалов, тем больше интенсивность потери тепла. Таким образом, для постройки теплого дома лучше применять материалы с более низким показателем этой величины.
Коэффициент теплопроводности строительных материалов, как и любых других веществ (жидких, твердых или газообразных), обозначается греческой буквой λ. Единицей его измерения является Вт/(м*°C). При этом расчет ведется на один квадратный метр стены толщиной в один метр. Разница температур здесь берется 1°. Практически в любом строительном справочнике имеется таблица теплопроводности строительных материалов, в которой можно посмотреть значение этого коэффициента для различных блоков, кирпичей, бетонных смесей, пород дерева и других материалов.
Определение потерь тепла
Потери тепла в любом здании всегда есть, но в зависимости от материала они могут изменять свое значение. В среднем потеря тепла происходит через:
- Крышу (от 15 % до 25 %).
- Стены (от 15 % до 35 %).
- Окна (от 5 % до 15 %).
- Дверь (от 5 % до 20 %).
- Пол (от 10 % до 20 %).
Для определения потерь тепла применяют специальный тепловизор, который определяет наиболее проблемные места. Они выделяются на нем красным цветом. Меньшая потеря тепла происходит в желтых зонах, далее - в зеленых. Зоны с наименьшей потерей тепла выделяются синим цветом. А определение теплопроводности строительных материалов должно проводиться в специальных лабораториях, о чем должен свидетельствовать сертификат качества, прилагаемый к продукции.
Пример расчета потерь тепла
Если взять, к примеру, стену из материала с коэффициентом теплопроводности 1, то при разности температур с двух сторон этой стены в 1°, потери тепла составят 1 Вт. Если же толщину стены взять не 1 метр, а 10 см, то потери составят уже 10 Вт. В случае, если разность температур будет 10°, то тепловые потери также составят 10 Вт.
Рассмотрим теперь на конкретном примере расчет потери тепла целого здания. Высоту его возьмем 6 метров (8 с коньком), ширину - 10 метров, а длину - 15 метров. Для простоты расчетов берем 10 окон площадью 1 м 2 . Температуру внутри помещения будем считать равную 25°C, а на улице -15°C. Вычисляем площадь всех поверхностей, через которые происходит потеря тепла:
- Окна - 10 м 2 .
- Пол - 150 м 2 .
- Стены - 300 м 2 .
- Крыша (со скатами по длинной стороне) - 160 м 2 .
Формула теплопроводности строительных материалов позволяет вычислить коэффициенты для всех частей здания. Но проще использовать уже готовые данные из справочника. Там есть таблица теплопроводности строительных материалов. Рассмотрим каждый элемент по отдельности и определим его тепловое сопротивление. Оно рассчитывается по формуле R = d/λ, где d - толщина материала, а λ - коэффициент его теплопроводности.
Пол - 10 см бетона (R=0,058 (м 2 *°C)/Вт) и 10 см минеральной ваты (R=2,8 (м 2 *°C)/Вт). Теперь складываем эти два показателя. Таким образом, тепловое сопротивление пола равняется 2,858 (м 2 *°C)/Вт.
Аналогично считаются стены, окна и кровля. Материал - ячеистый бетон (газобетон), толщина 30 см. В таком случае R=3,75 (м 2 *°C)/Вт. Тепловое сопротивление пластового окна - 0,4 (м 2 *°C)/Вт.
Следующая формула позволяет выяснить потери тепловой энергии.
Q = S * T / R, где S - площадь поверхности, T - разница температур снаружи и внутри (40°C). Рассчитаем потери тепла для каждого элемента:
- Для крыши: Q = 160*40/2,8=2,3 кВт.
- Для стен: Q = 300*40/3,75=3,2 кВт.
- Для окон: Q = 10*40/0,4=1 кВт.
- Для пола: Q = 150*40/2,858=2,1 кВт.
Далее все эти показатели суммируются. Таким образом, для данного коттеджа тепловые потери составят 8,6 кВт. А для поддержания оптимальной температуры потребуется котельное оборудование мощностью не менее 10 кВт.
Материалы для внешних стен
На сегодняшний день существует множество стеновых строительных материалов. Но наибольшей популярностью в частном домостроении по-прежнему пользуются строительные блоки, кирпичи и дерево. Основные отличия - это плотность и теплопроводность строительных материалов. Сравнение дает возможность выбрать золотую середину в соотношении плотность/теплопроводность. Чем выше плотность материала, тем выше его несущая способность, а следовательно, и прочность конструкции в целом. Но при этом ниже его тепловое сопротивление, а как следствие, расходы на энергоносители выше. С другой стороны, чем выше тепловое сопротивление, тем ниже плотность материала. Меньшая плотность, как правило, подразумевает наличие пористой структуры.
Чтобы взвесить все за и против, необходимо знать плотность материала и его коэффициент теплопроводности. Следующая таблица теплопроводности строительных материалов для стен дает значение этого коэффициента и его плотность.
Материал | Теплопроводность, Вт/(м*°C) | Плотность, т/м 3 |
Железобетон | ||
Керамзитобетонные блоки | ||
Керамический кирпич | ||
Силикатный кирпич | ||
Газобетонные блоки | ||
Утеплители для стен
При недостаточной тепловой сопротивляемости внешних стен могут применяться различные утеплители. Так как значения теплопроводности строительных материалов для утепления могут иметь весьма низкий показатель, то чаще всего толщины в 5-10 см будет достаточно для создания комфортной температуры и микроклимата в помещениях. Широкое применение на сегодняшний день получили такие материалы, как минеральная вата, пенополистирол, пенопласт, пенополиуритан и пеностекло.
Следующая таблица теплопроводности строительных материалов, используемых для утепления наружных стен, дает значение коэффициента λ.
Особенности применения стеновых утеплителей
Применение утеплителей для наружных стен имеет некоторые ограничения. Это прежде всего связанно с таким параметром, как паропроницаемость. Если стена сделана из пористого материала, такого как газобетон, пенобетон или керамзитобетон, то применять лучше минеральную вату, так как этот параметр у них практически одинаковый. Использование пенополистирола, пенополиуритана или пеностекла возможно только при наличии специального вентиляционного зазора между стеной и утеплителем. Для дерева это также критично. А вот для кирпичных стен данный параметр не так критичен.
Теплая кровля
Утепление кровли позволяет избежать ненужных перерасходов при отоплении дома. Для этого могут применяться все виды утеплителей как листового формата, так и напыляемые (пенополиуритан). При этом не следует забывать про пароизоляцию и гидроизоляцию. Это весьма важно, так как мокрый утеплитель (минеральная вата) теряет свои свойства по тепловой сопротивляемости. Если же кровля не утепляется, то необходимо основательно утеплить перекрытие между чердаком и последним этажом.
Пол
Утепление пола весьма важный этап. При этом также необходимо применять пароизоляцию и гидроизоляцию. В качестве утеплителя используется более плотный материал. Он, соответственно, имеет более высокий коэффициент теплопроводности, чем кровельный. Дополнительной мерой для утепления пола может послужить подвал. Наличие воздушной прослойки позволяет повысить тепловую защиту дома. А оборудование системы теплого пола (водяного или электрического) дает дополнительный источник тепла.
Заключение
При строительстве и отделке фасада необходимо руководствоваться точными расчетами по тепловым потерям и учитывать параметры используемых материалов (теплопроводность, паропроницаемость и плотность).
1. Теплопотери дома
Выбор теплоизоляции, вариантов отделок стен для большинства заказчиков - застройщиков задача сложная. Слишком много противоречивых проблем требуется решить одновременно. Данная страничка поможет Вам во всем этом разобраться.
В настоящее время теплосбережение энергоресурсов приобрело большое значение. Согласно СНиП II-3- 79* «Строительная теплотехника», сопротивление теплопередаче определяется исходя из:
- санитарно-гигиенических и комфортных условий (первое условие),
- условий энергосбережения (второе условие).
Для Москвы и ее области требуемое теплотехническое сопротивление стены по первому условию составляет 1,1 °С·м. кв. /Вт, а по второму условию:
- для дома постоянного проживания 3,33 °С·м. кв. / Вт,
- для дома сезонного проживания 2,16 °С·м. кв. / Вт.
1.1 Таблица толщин и термических сопротивление материалов для условий Москвы и ее области.
| Наименование материала стены | Толщина стены и соответствующее ей термическое сопротивление | Необходимая толщина по первому условию (R=1,1 °С·м. кв. / Вт) и второму условию (R=3,33 °С·м. кв. / Вт) |
|---|---|---|
| Полнотелый керамический кирпич | 510 мм, R=1,1 °С·м. кв. /Вт | 510 мм 1550 мм |
| Керамзитобетон (плотность 1200 кг/куб. м.) | 300 мм, R=0,8 °С·м. кв. /Вт | 415 мм 1250 мм |
| Деревянный брус | 150 мм, R=1,0 °С·м. кв. /Вт | 165 мм 500 мм |
| Деревянный щит с заполнением минеральной ватой М 100 | 100 мм, R=1,33 °С·м. кв. /Вт | 85 мм 250 мм |
1.2 Таблица минимального приведенного сопротивления теплопередаче наружных конструкций в домах Московской области.
Из этих таблиц видно, что большинство загородного жилья в Подмосковье не удовлетворяют требованиям по теплосбережению, при этом даже первое условие несоблюдается во многих вновь строящихся зданиях.
Поэтому, подбирая котел или обогревательные приборы только по указанным в их документации способности обогреть определенную площадь, Вы утверждаете, что Ваш дом построен со строгим учетом требований СНиП II-3-79* .
Из вышеизложенного материала следует вывод. Для правильного выбора мощности котла и обогревательных приборов, необходимо рассчитать реальные теплопотери помещений Вашего дома.
Ниже мы покажем несложную методику расчета теплопотерь Вашего дома.
Дом теряет тепло через стену, крышу, сильные выбросы тепла идут через окна, в землю тоже уходит тепло, существенные потери тепла могут приходиться на вентиляцию.
Тепловые потери в основном зависят от:
- разницы температур в доме и на улице (чем разница больше, тем потери выше),
- теплозащитных свойств стен, окон, перекрытий, покрытий (или, как говорят ограждающих конструкций).
Ограждающие конструкции сопротивляются утечкам тепла, поэтому их теплозащитные свойства оценивают величиной, называемой сопротивлением теплопередачи.
Сопротивление теплопередачи показывает, какое количество тепла уйдет через квадратный метр ограждающей конструкции при заданном перепаде температур. Можно сказать и наоборот, какой перепад температур возникнет при прохождении определенного количества тепла через квадратный метр ограждений.
R = ΔT/q,
где q - это количество тепла, которое теряет квадратный метр ограждающей поверхности. Его измеряют в ваттах на квадратный метр (Вт/м. кв.); ΔT - это разница между температурой на улице и в комнате (°С) и, R - это сопротивление теплопередачи (°С/ Вт/м. кв. или °С·м. кв. / Вт).
Когда речь идет о многослойной конструкции, то сопротивление слоев просто складываются. Например, сопротивление стены из дерева, обложенного кирпичом, является суммой трех сопротивлений: кирпичной и деревянной стенки и воздушной прослойки между ними:
R(сумм.)= R(дерев.) + R(воз.) + R(кирп.).
1.3 Распределение температуры и пограничные слои воздуха при передаче тепла через стену
Расчет на теплопотери проводят для самого неблагоприятного периода, которым является самая морозная и ветреная неделя в году.
В строительных справочниках, как правило, указывают тепловое сопротивление материалов исходя из этого условия и климатического района (или наружной температуры), где находится Ваш дом.
1.3 Таблица - Сопротивление теплопередачи различных материалов приΔT = 50 °С (Т нар. = –30 °С, Т внутр. = 20 °С.)
| Материал и толщина стены | Сопротивление теплопередачеR m , |
|---|---|
| Кирпичная стена толщиной в 3 кирпича (79 см) толщиной в 2,5 кирпича (67 см) толщиной в 2 кирпича (54 см) толщиной в 1 кирпич (25 см) |
0,592 0,502 0,405 0,187 |
| Сруб из бревен Ø 25 Ø 20 |
0,550 0,440 |
| Сруб из бруса толщиной 20 см толщиной 10 см |
0,806 0,353 |
| Каркасная стена (доска + минвата + доска) 20 см |
0,703 |
| Стена из пенобетона 20 см 30 см |
0,476 0,709 |
| Штукатурка по кирпичу, бетону, пенобетону (2-3 см) |
0,035 |
| Потолочное (чердачное) перекрытие | 1,43 |
| Деревянные полы | 1,85 |
| Двойные деревянные двери | 0,21 |
1.4 Таблица - Тепловые потери окон различной конструкции
при ΔT = 50 °С(Т нар. = –30 °С, Т внутр. = 20 °С.)
Примечание
|
Как видно из предыдущей таблицы, современные стеклопакеты позволяют уменьшить теплопотери окна почти в два раза. Например, для десяти окон размером 1,0 м х 1,6 м экономия достигнет киловатта, что в месяц дает 720 киловатт-часов.
Для правильного выбора материалов и толщин ограждающих конструкций применим эти сведения к конкретному примеру.
В расчете тепловых потерь на один кв. метр участвуют две величины:
- перепад температур ΔT,
- сопротивления теплопередаче R.
Температуру в помещении определим в 20 °С, а наружную температуру примем равной –30 °С. Тогда перепад температур ΔT будет равным 50 °С. Стены выполнены из бруса толщиной 20 см, тогда R= 0,806 °С·м. кв. / Вт.
Тепловые потери составят 50 / 0,806 = 62 (Вт/м. кв.).
Для упрощения расчетов теплопотерь в строительных справочниках приводят теплопотери разного вида стен, перекрытий и т.д. для некоторых значений зимней температуры воздуха. В частности, даются разные цифры для угловых помещений (там влияет завихрение воздуха, отекающего дом) и неугловых, а также учитывается разная тепловая картина для помещений первого и верхнего этажа.
1.5 Таблица - Удельные теплопотери элементов ограждения здания
(на 1 кв. м. по внутреннему контуру стен) в зависимости от средней температуры самой холодной недели в году.
Примечание
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1.6 Таблица - Удельные теплопотери элементов ограждения здания
(на 1 кв. м. по внутреннему контуру) в зависимости от средней температуры самой холодной недели в году.
2. Рассмотрим пример расчета
тепловых потерь двух разных комнат одной площади с помощью таблиц. Пример 1.
2.1 Угловая комната (первый этаж)
Характеристики комнаты:
- этаж первый,
- площадь комнаты - 16 кв. м. (5х3,2),
- высота потолка - 2,75 м,
- наружных стен - две,
- материал и толщина наружных стен - брус толщиной 18 см, обшит гипсокартонном и оклеен обоями,
- окна - два (высота 1,6 м, ширина 1,0 м) с двойным остеклением,
- полы - деревянные утепленные, снизу подвал,
- выше чердачное перекрытие,
- расчетная наружная температура –30 °С,
- требуемая температура в комнате +20 °С.
Рассчитаем площади теплоотдающих поверхностей.
Площадь наружных стен за вычетом окон:
S стен (5+3,2) х2,7-2х1,0х1,6 = 18,94 кв. м.
Площадь окон:
S окон = 2х1,0х1,6 = 3,2 кв. м.
Площадь пола:
S пола = 5х3,2 = 16 кв. м.
Площадь потолка:
S потолка = 5х3,2 = 16 кв. м.
Площадь внутренних перегородок в расчете не участвует, так как через них тепло не уходит - ведь по обе стороны перегородки температура одинакова. Тоже относится и к внутренней двери.
Теперь вычислим теплопотери каждой из поверхностей:
Q суммарные = 3094 Вт.
Заметим, что через стены уходит тепла больше чем через окна, полы и потолок.
Результат расчета показывает теплопотери комнаты в самые морозные (Т нар. = –30 °С) дни года. Естественно, чем теплее на улице, тем меньше уйдет из комнаты тепла.
2.2 Комната под крышей (мансарда)
Характеристики комнаты:
- этаж верхний,
- площадь 16 кв. м. (3,8х4,2),
- высота потолка 2,4 м,
- наружные стены; два ската крыши (шифер, сплошная обрешетка, 10 см минваты, вагонка), фронтоны (брус толщиной 10 см, обшитый вагонкой) и боковые перегородки (каркасная стена с керамзитовым заполнением 10 см),
- окна - четыре (по два на каждом фронтоне), высотой 1,6 м и шириной 1,0 м с двойным остеклением,
- расчетная наружная температура –30°С,
- требуемая температура в комнате +20°С.
2.3 Рассчитаем площади теплоотдающих поверхностей.
Площадь торцевых наружных стен за вычетом окон:
S торц. стен = 2х(2,4х3,8-0,9х0,6- 2х1,6х0,8) = 12 кв. м.
Площадь скатов крыши, ограничивающих комнату:
S скатов. стен = 2х1,0х4,2 = 8,4 кв. м.
Площадь боковых перегородок:
S бок. перегор = 2х1,5х4,2 = 12,6 кв. м.
Площадь окон:
S окон = 4х1,6х1,0 = 6,4 кв. м.
Площадь потолка:
S потолка = 2,6х4,2 = 10,92 кв. м.
2.4 Теперь рассчитаем тепловые потери этих поверхностей , при этом учтем, что через пол тепло не уходит (там теплое помещение). Теплопотери для стен и потолка мы считаем как для угловых помещений, а для потолка и боковых перегородок вводим 70-процентный коэффициент, так как за ними располагаются неотапливаемые помещения.
Суммарные теплопотери комнаты составят:
Q суммарные = 4504 Вт.
Как видим, теплая комната первого этажа теряет (или потребляет) значительно меньше тепла, чем мансардная комната с тонкими стенками и большой площадью остекления.
Чтобы такое помещение сделать пригодным для зимнего проживания, нужно в первую очередь утеплять стены, боковые перегородки и окна.
Любая ограждающая конструкция может быть представлена в виде многослойной стены, каждый слой которой имеет свое тепловое сопротивление и свое сопротивление прохождению воздуха. Сложив тепловое сопротивление всех слоев, получим тепловое сопротивление всей стены. Также суммируя сопротивление прохождению воздуха всех слоев, поймем, как дышит стена. Идеальная стена из бруса должна быть эквивалентна стене из бруса толщиной 15 - 20 см. Приведенная ниже таблица поможет в этом.
2.5 Таблица - Сопротивление теплопередаче и прохождению воздуха
различных материалов ΔT=40 °С(Т нар. =–20 °С, Т внутр. =20 °С.)
Слой стены |
Толщина слоя стены |
Сопротивление теплопередаче слоя стены |
Сопротивл. воздухопро ницаемости эквивалентно брусовой стене толщиной (см) |
|
|---|---|---|---|---|
| Ro, | Эквивалент кирпичной кладке толщиной (см) |
|||
| Кирпичная кладка из обычного глиняного кирпича толщиной: 12 см 25 см 50 см 75 см |
12 25 50 75 |
0,15 0,3 0,65 1,0 |
12 25 50 75 |
6 12 24 36 |
| Кладка из керамзитобетонных блоков толщиной 39 см с плотностью: 1000 кг / куб м 1400 кг / куб м 1800 кг / куб м |
39 | 1,0 0,65 0,45 |
75 50 34 |
17 23 26 |
| Пено- газобетон толщиной 30 см плотностью: 300 кг / куб м 500 кг / куб м 800 кг / куб м |
30 | 2,5 1,5 0,9 |
190 110 70 |
7 10 13 |
| Брусовал стена толщиной (сосна) 10 см 15 см 20 см |
10 15 20 |
0,6 0,9 1,2 |
45 68 90 |
10 15 20 |
- Потери тепла через контакт фундамента с мерзлым грунтом обычно принимают 15% от потерь тепла через стены первого этажа (с учетом сложности расчета).
- Потери тепла, связанные с вентиляцией. Эти потери рассчитываются с учетом строительных норм (СНиП). Для жилого дома требуется около одного воздухообмена в час, то есть за это время необходимо подать тот же обьем свежего воздуха. Таким образом, потери связанные с вентиляцией, составляют немногим меньше сумме теплопотерь приходящиеся на ограждающие конструкции. Получается, что потери тепла через стены и остекление составляет только 40%, а потери тепла на вентиляцию 50%. В европейских нормах вентиляции и утепления стен, соотношение тепловых потерь составляют 30% и 60%.
- Если стена «дышит», как стена из бруса или бревна толщиной 15 - 20 см, то происходит возврат тепла. Это позволяет снизить тепловые потери на 30%, поэтому полученную при расчете величину теплового сопротивления стены следует умножить на 1,3 (или соответственно уменьшить теплопотери).
3. Выводы:
Суммировав все теплопотери дома, Вы определите, какой мощности генератор тепла (котел) и отопительные приборы необходимы для комфортного обогрева дома в самые холодные и ветряные дни. Также, расчеты подобного рода покажут, где «слабое звено» и как его исключить с помощью дополнительной изоляции.
Рассчитать расход тепла можно и по укрупненным показателям. Так, в одно- и двухэтажных не сильно утепленных домах при наружной температуре –25 °С требуется 213 Вт на один квадратный метр общей площади, а при –30 °С - 230 Вт. Для хорошо утепленных домов - это: при –25 °С - 173 Вт на кв. м. общей площади, а при –30 °С - 177 Вт. Выводы и рекомендации
- Стоимость теплоизоляции относительно стоимости всего дома существенно мала, однако при эксплуатации здания основные затраты приходятся именно на отопление. На теплоизоляции ни в коем случае нельзя экономить, особенно при комфортном проживании на больших площадях. Цены на энергоносители во всем мире постоянно повышаются.
- Современные строительные материалы обладают более высоким термическим сопротивлением, чем материалы традиционные. Это позволяет делать стены тоньше, а значит, дешевле и легче. Все это хорошо, но у тонких стен меньше теплоемкость, то есть они хуже запасают тепло. Топить приходиться постоянно - стены быстро нагреваются и быстро остывают. В старых домах с толстыми стенами жарким летним днем прохладно, остывшие за ночь стены «накопили холод».
- Утепление необходимо рассматривать совместно с воздухопроницаемостью стен. Если увеличение теплового сопротивления стен связано со значительным уменьшением воздухопроницаемости, то не следует его применять. Идеальная стена по воздухопроницаемости эквивалентна стене из бруса толщиной 15…20 см.
- Очень часто, неправильное применение пароизоляции приводит к ухудшению санитарно-гигиенических свойств жилья. При правильно организованной вентиляции и «дышащих» стенах она излишня, а при плохо воздухопроницаемых стенах это ненужно. Основное ее назначение это предотвращение инфильтрации стен и защита утепления от ветра.
- Утепление стен снаружи существенно эффективнее внутреннего утепления.
- Не следует бесконечно утеплять стены. Эффективность такого подхода к энергосбережению - не высока.
- Вентиляция - вот основные резервы энергосбережения.
- Применив современные системы остекления (стеклопакеты, теплозащитное стекло и т. п.), низкотемпературные обогревающие системы, эффективную теплоизоляцию ограждающих конструкций, можно сократить затраты на отопление в 3 раза.
Какими бы ни были масштабы строительства, первым делом разрабатывается проект. В чертежах отражается не только геометрия строения, но и расчет главных теплотехнических характеристик. Для этого надо знать теплопроводность строительных материалов. Главная цель строительства заключается в сооружении долговечных сооружений, прочных конструкций, в которых комфортно без избыточных затрат на отопление. В связи с этим крайне важно знание коэффициентов теплопроводности материалов.
У кирпича лучшая теплопроводность
Характеристика показателя
Под термином теплопроводность понимается передача тепловой энергии от более нагретых предметов к менее нагретым. Обмен идет, пока не наступит температурного равновесия.
Теплопередача определяется отрезком времени, в течение которого температура в помещениях находится в соответствии с температурой окружающей среды. Чем меньше этот интервал, тем больше проводимость тепла стройматериала.
Для характеристики проводимости тепла используется понятие коэффициента теплопроводности, показывающего, сколько тепла за такое-то время проходит через такую-то площадь поверхности. Чем этот показатель выше, тем больше теплообмен, и постройка остывает гораздо быстрее. Таким образом, при возведении сооружений рекомендуется использовать стройматериалы с минимальной проводимостью тепла.
В этом видео вы узнаете о теплопроводности строительных материалов:
Как определить теплопотери
Главные элементы здания, через которые уходит тепло:
- двери (5-20%);
- пол (10-20%);
- крыша (15-25%);
- стены (15-35%);
- окна (5-15%).
Уровень теплопотери определяется с помощью тепловизора. О самых трудных участках говорит красный цвет, о меньших потерях тепла скажет желтый и зеленый. Зоны, где потери наименьшие, выделяются синим. Значение теплопроводности определяется в лабораторных условиях, и материалу выдается сертификат качества.
Значение проводимости тепла зависит от таких параметров:
- Пористость. Поры говорят о неоднородности структуры. Когда через них проходит тепло, охлаждение будет минимальным.
- Влажность. Высокий уровень влажности провоцирует вытеснение сухого воздуха капельками жидкости из пор, из-за чего значение увеличивается многократно.
- Плотность. Большая плотность способствует более активному взаимодействию частиц. В итоге теплообмен и уравновешивание температур протекает быстрее.
Коэффициент теплопроводности
В доме теплопотери неизбежны, а происходят они, когда за окном температура ниже, чем в помещениях. Интенсивность является переменной величиной и зависит от многих факторов, основные из которых следующие:
- Площадь поверхностей, участвующих в теплообмене.
- Показатель теплопроводности стройматериалов и элементов здания.
- Разница температур.
Для обозначения коэффициента теплопроводности стройматериалов используют греческую букву λ. Единица измерения – Вт/(м×°C). Расчет производится на 1 м² стены метровой толщины. Здесь принимается разница температур в 1°C.
Пример из практики
Условно материалы делятся на теплоизоляционные и конструкционные. Последние имеют наивысшую теплопроводность, из них строят стены, перекрытия, другие ограждения. По таблице материалов, при постройке стен из железобетона для обеспечения малого теплообмена с окружающей средой толщина их должна составлять примерно 6 м. Но тогда строение будет громоздким и дорогостоящим .
В случае неправильного расчета теплопроводности при проектировании жильцы будущего дома будут довольствоваться лишь 10% тепла от энергоносителей. Потому дома из стандартных стройматериалов рекомендуется утеплять дополнительно.
При выполнении правильной гидроизоляции утеплителя большая влажность не влияет на качество теплоизоляции, и сопротивление строения теплообмену станет гораздо более высоким.
Наиболее оптимальный вариант – использовать утеплитель
Наиболее распространенный вариант – сочетание несущей конструкции из высокопрочных материалов с дополнительной теплоизоляцией. Например:
- Каркасный дом. Утеплитель укладывается между стойками. Иногда при небольшом снижении теплообмена требуется дополнительное утепление снаружи главного каркаса.
- Сооружение из стандартных материалов. Когда стены кирпичные или шлакоблочные, утепление производится снаружи.
Стройматериалы для наружных стен
Стены сегодня возводятся из разных материалов, однако популярнейшими остаются: дерево, кирпич и строительные блоки. Главным образом отличаются плотность и проводимость тепла стройматериалов. Сравнительный анализ позволяет найти золотую середину в соотношении между этими параметрами. Чем плотность больше, тем больше несущая способность материала, а значит, всего сооружения. Но тепловое сопротивление становится меньше, то есть повышаются расходы на энергоносители. Обычно при меньшей плотности есть пористость.
Коэффициент теплопроводности и его плотность.
Утеплители для стен
Утеплители используются, когда не хватает тепловой сопротивляемости наружных стен. Обычно для создания комфортного микроклимата в помещениях достаточно толщины 5-10 см.
Значение коэффициента λ приводится в следующей таблице.
Теплопроводность измеряет способность материала пропускать тепло через себя. Она сильно зависит от состава и структуры. Плотные материалы, такие как металлы и камень, являются хорошими проводниками тепла, в то время как вещества с низкой плотностью, такие как газ и пористая изоляция, являются плохими проводниками.
Чтобы определить, какой толщины возводить стену при постройке дома, нужно научиться рассчитать теплопроводность стен. Этот показатель зависит от используемых строительных материалов, климатических условий.
Нормы толщины стен в южных и северных регионах будут различаться. Если не сделать расчет до начала строительства, то может оказаться так, что в доме зимой будет холодно и сыро, а летом слишком влажно.
Для чего нужен расчет
Толщина стен в южных и северных широтах должна отличаться Чтобы сэкономить на отоплении и способствовать созданию здорового микроклимата в помещении, нужно правильно и утеплительных материалов, которые будем использовать при строительстве. По закону физики, когда на улице холодно, а в помещении тепло, то через стену и кровлю тепловая энергия выходит наружу.
- зимой стены будут промерзать;
- на обогрев помещения будут затрачиваться значительные средства;
- сместиться , что приведет к образованию конденсата и влажности в помещении, заведется плесень;
- летом в доме будет так же жарко, как и под палящим солнцем.
Чтобы избежать этих неприятностей, нужно перед началом строительства просчитать показатели теплопроводности материала и определиться, какой толщины возводить стену, и каким теплосберегающим материалом ее утеплять.
От чего зависит теплопроводность
Проводимость тепла во многом зависит от материала стен Проводимость тепла рассчитывают исходя из количества тепловой энергии, проходящей через материал площадью 1 кв. м. и толщиной 1 м при разнице температур внутри и снаружи в один градус. Испытания проводят в течение 1 часа.
Проводимость тепловой энергии зависит от:
- физических свойств и состава вещества;
- химического состава;
- условий эксплуатации.
Теплосберегающими считаются материалы с показателем менее 17 ВТ/ (м·°С).
Выполняем расчеты
Сопротивление передаче тепла должно быть больше минимума, указанного в нормативах По теплопроводности является важным фактором в строительстве. При проектировании зданий архитектор рассчитывает толщину стен, но это стоит дополнительных денег. Чтобы сэкономить, можно разобраться, как рассчитать нужные показатели самостоятельно.
Скорость передачи тепла материалом зависит от компонентов, входящих в его состав. Сопротивление передачи тепла должно быть больше минимального значения, указанного в нормативном документе «Тепловая изоляция зданий».
Рассмотрим, как рассчитать толщину стены в зависимости от применяемых в строительстве материалов.
Формула расчета:
R=δ/ λ (м2·°С/Вт), где:
δ это толщина материала, используемого для строительства стены;
λ показатель удельной теплопроводности, рассчитывается в (м2·°С/Вт).
Когда приобретаете стройматериалы, в паспорте на них обязательно должен быть указан коэффициент теплопроводности.
Значения параметров для жилых домов указаны в СНиП II-3-79 и СНиП 23-02-2003.
Допустимые значения в зависимости от региона
Минимально допустимое значение проводимости тепла для различных регионов указано в таблице:
У каждого материала есть свой показатель проводимости тепла. Чем он выше, тем больше тепла пропускает через себя этот материал.
Показатели теплопередачи для различных материалов
Величины проводимости тепла материалами и их плотность указаны в таблице:
Теплопроводность строительных материалов зависит от их плотности и влажности. Одни и те же материалы, изготовленные разными производителями, могут отличаться по свойствам, поэтому коэффициент нужно смотреть в инструкции к ним.
Расчет многослойной конструкции
При расчете многослойной конструкции суммируйте показатели теплосопротивляемости всех материалов Если стену будем строить из различных материалов, допустим, минеральная вата, штукатурка, рассчитывать величины следует для каждого отдельного материала. Зачем полученные числа суммировать.
В этом случае стоит работать по формуле:
Rобщ= R1+ R2+…+ Rn+ Ra, где:
R1-Rn- термическое сопротивление слоев разных материалов;
Ra.l- термосопротивление закрытой воздушной прослойки. Величины можно узнать в таблице 7 п. 9 в СП 23-101-2004. Прослойка воздуха не всегда предусмотрена при постройке стен. Подробнее о расчетах смотрите в этом видео:
На основании этих подсчетов можно сделать вывод о том, можно ли применять выбранные стройматериалы, и какой они должны быть толщины.
Последовательность действий
Первым делом, нужно выбрать строительные материалы, которые будете использовать для постройки дома. После этого рассчитываем термическое сопротивление стены по описанной выше схеме. Полученные величины следует сравнивать с данными таблиц. Если они совпадают или оказываются выше, хорошо. 
Если величина ниже, чем в таблице, тогда нужно увеличить или стены, и снова выполнить подсчет. Если в конструкции присутствует воздушная прослойка, которая вентилируется наружным воздухом, тогда в учет не следует брать слои, находящиеся между воздушной камерой и улицей.
Как выполнить подсчеты на онлайн калькуляторе
Чтобы получить нужные величины, стоит ввести в онлайн калькулятор регион, в котором будет эксплуатироваться постройка, выбранный материал и предполагаемую толщину стен.
В сервис занесены сведения по каждой отдельной климатической зоне:
- t воздуха;
- средняя температура в отопительный сезон;
- длительность отопительного сезона;
- влажность воздуха.
Температура и влажность внутри помещения — одинаковы для каждого региона Сведения, одинаковые для всех регионов:
- температура и влажность воздуха внутри помещения;
- коэффициенты теплоотдачи внутренних, наружных поверхностей;
- перепад температур.
Чтобы дом был теплым, и в нем сохранялся здоровый микроклимат, при выполнении строительных работ нужно обязательно выполнять расчет теплопроводности материалов стены. Это несложно сделать самостоятельно или воспользовавшись онлайн калькулятором в интернете. Подробнее о том, как пользоваться калькулятором, смотрите в этом видео:
Для гарантировано точного определения толщины стен можно обратиться в строительную компанию. Ее специалисты выполнят все необходимые расчеты согласно требованиям нормативных документов.
Одним из важнейших показателей строительных материалов, особенно в условиях российского климата, является их теплопроводность, которая в общем виде определяется как способность тела к теплообмену (то есть распределению тепла от более горячей среды к более холодной).
В данном случае более холодная среда – это улица, а горячая – внутреннее пространство (летом зачастую наоборот). Сравнительная характеристика приведена в таблице:
Коэффициент рассчитывается как количество тепла, которое пройдет через материал толщиной 1 метр за 1 час при разнице температур внутри и снаружи на 1 градус Цельсия. Соответственно, единицей измерения строительных материалов является Вт/ (м*оС) – 1 Ватт, разделенный на произведение метра и градуса.
| Материал | Теплопроводность,Вт/(м·град) | Теплоемкость,Дж/(кг·град) | Плотность,кг/м3 |
| Асбестоцемент | 27759 | 1510 | 1500-1900 |
| Асбестоцементный лист | 0.41 | 1510 | 1601 |
| Асбозурит | 0.14-0.19 | — | 400-652 |
| Асбослюда | 0.13-0.15 | — | 450-625 |
| Асботекстолит Г (ГОСТ 5-78) | — | 1670 | 1500-1710 |
| Асфальт | 0.71 | 1700-2100 | 1100-2111 |
| Асфальтобетон (ГОСТ 9128-84) | 42856 | 1680 | 2110 |
| Асфальт в полах | 0.8 | — | — |
| Ацеталь (полиацеталь,полиформальдегид) POM | 0.221 | — | 1400 |
| Береза | 0.151 | 1250 | 510-770 |
| Бетон легкий с природной пемзой | 0.15-0.45 | — | 500-1200 |
| Бетон на зольном гравии | 0.24-0.47 | 840 | 1000-1400 |
| Бетон на каменном щебне | 0.9-1.5 | — | 2200-2500 |
| Бетон на котельном шлаке | 0.57 | 880 | 1400 |
| Бетон на песке | 0.71 | 710 | 1800-2500 |
| Бетон на топливных шлаках | 0.3-0.7 | 840 | 1000-1800 |
| Бетон силикатный плотный | 0.81 | 880 | 1800 |
| Битумоперлит | 0.09-0.13 | 1130 | 300-410 |
| Блок газобетонный | 0.15-0.3 | — | 400-800 |
| Блок керамический поризованный | 0.2 | — | — |
| Вата минеральная легкая | 0.045 | 920 | 50 |
| Вата минеральная тяжелая | 0.055 | 920 | 100-150 |
| пенобетон, газо- и пеносиликат | 0.08-0.21 | 840 | 300-1000 |
| Газо- и пенозолобетон | 0.17-0.29 | 840 | 800-1200 |
| Гетинакс | 0.230 | 1400 | 1350 |
| Гипс формованный сухой | 0.430 | 1050 | 1100-1800 |
| Гипсокартон | 0.12-0.2 | 950 | 500-900 |
| Гипсоперлитовый раствор | 0.140 | — | — |
| Глина | 0.7-0.9 | 750 | 1600-2900 |
| Глина огнеупорная | 42826 | 800 | 1800 |
| Гравий (наполнитель) | 0.4-0.930 | 850 | 1850 |
| Гравий керамзитовый (ГОСТ 9759-83) — засыпка | 0.1-0.18 | 840 | 200-800 |
| Гравий шунгизитовый (ГОСТ 19345-83) — засыпка | 0.11-0.160 | 840 | 400-800 |
| Гранит (облицовка) | 42858 | 880 | 2600-3000 |
| Грунт 10% воды | 27396 | — | — |
| Грунт песчаный | 42370 | 900 | — |
| Грунт сухой | 0.410 | 850 | 1500 |
| Гудрон | 0.30 | — | 950-1030 |
| Железо | 70-80 | 450 | 7870 |
| Железобетон | 42917 | 840 | 2500 |
| Железобетон набивной | 20090 | 840 | 2400 |
| Зола древесная | 0.150 | 750 | 780 |
| Золото | 318 | 129 | 19320 |
| Каменноугольная пыль | 0.1210 | — | 730 |
| Камень керамический поризованный | 0.14-0.1850 | — | 810-840 |
| Картон гофрированный | 0.06-0.07 | 1150 | 700 |
| Картон облицовочный | 0.180 | 2300 | 1000 |
| Картон парафинированный | 0.0750 | — | — |
| Картон плотный | 0.1-0.230 | 1200 | 600-900 |
| Картон пробковый | 0.0420 | — | 145 |
| Картон строительный многослойный | 0.130 | 2390 | 650 |
| Картон термоизоляционный | 0.04-0.06 | — | 500 |
| Каучук натуральный | 0.180 | 1400 | 910 |
| Каучук твердый | 0.160 | — | — |
| Каучук фторированный | 0.055-0.06 | — | 180 |
| Кедр красный | 0.095 | — | 500-570 |
| Керамзит | 0.16-0.2 | 750 | 800-1000 |
| Керамзитобетон легкий | 0.18-0.46 | — | 500-1200 |
| Кирпич доменный (огнеупорный) | 0.5-0.8 | — | 1000-2000 |
| Кирпич диатомовый | 0.8 | — | 500 |
| Кирпич изоляционный | 0.14 | — | — |
| Кирпич карборундовый | — | 700 | 1000-1300 |
| Кирпич красный плотный | 0.67 | 840-880 | 1700-2100 |
| Кирпич красный пористый | 0.440 | — | 1500 |
| Кирпич клинкерный | 0.8-1.60 | — | 1800-2000 |
| Кирпич кремнеземный | 0.150 | — | — |
| Кирпич облицовочный | 0.930 | 880 | 1800 |
| Кирпич пустотелый | 0.440 | — | — |
| Кирпич силикатный | 0.5-1.3 | 750-840 | 1000-2200 |
| Кирпич силикатный с тех. пустотами | 0.70 | — | — |
| Кирпич силикатный щелевой | 0.40 | — | — |
| Кирпич сплошной | 0.670 | — | — |
| Кирпич строительный | 0.23-0.30 | 800 | 800-1500 |
| Кирпич трепельный | 0.270 | 710 | 700-1300 |
| Кирпич шлаковый | 0.580 | — | 1100-1400 |
| Листы пробковые тяжелые | 0.05 | — | 260 |
| Магнезия в форме сегментов для изоляции труб | 0.073-0.084 | — | 220-300 |
| Мастика асфальтовая | 0.70 | — | 2000 |
| Маты, холсты базальтовые | 0.03-0.04 | — | 25-80 |
| Маты минераловатные прошивные | 0.048-0.056 | 840 | 50-125 |
| Нейлон | 0.17-0.24 | 1600 | 1300 |
| Опилки древесные | 0.07-0.093 | — | 200-400 |
| Пакля | 0.05 | 2300 | 150 |
| Панели стеновые из гипса | 0.29-0.41 | — | 600-900 |
| Парафин | 0.270 | — | 870-920 |
| Паркет дубовый | 0.420 | 1100 | 1800 |
| Паркет штучный | 0.230 | 880 | 1150 |
| Паркет щитовой | 0.170 | 880 | 700 |
| Пемза | 0.11-0.16 | — | 400-700 |
| Пемзобетон | 0.19-0.52 | 840 | 800-1600 |
| Пенобетон | 0.12-0.350 | 840 | 300-1250 |
| Пенопласт резопен ФРП-1 | 0.041-0.043 | — | 65-110 |
| Пенополиуретановые панели | 0.025 | — | — |
| Пеносиликальцит | 0.122-0.320 | — | 400-1200 |
| Пеностекло легкое | 0.045-0.07 | — | 100..200 |
| Пеностекло или газо-стекло | 0.07-0.11 | 840 | 200-400 |
| Пенофол | 0.037-0.039 | — | 44-74 |
| Пергамент | 0.071 | — | — |
| Песок 0% влажности | 0.330 | 800 | 1500 |
| Песок 10% влажности | 0.970 | — | — |
| Песок 20% влажности | 12055 | — | — |
| Плита пробковая | 0.043-0.055 | 1850 | 80-500 |
| Плитка облицовочная, кафельная | 42856 | — | 2000 |
| Полиуретан | 0.320 | — | 1200 |
| Полиэтилен высокой плотности | 0.35-0.48 | 1900-2300 | 955 |
| Полиэтилен низкой плотности | 0.25-0.34 | 1700 | 920 |
| Поролон | 0.04 | — | 34 |
| Портландцемент (раствор) | 0.470 | — | — |
| Прессшпан | 0.26-0.22 | — | — |
| Пробка гранулированная | 0.038 | 1800 | 45 |
| Пробка минеральная на битумной основе | 0.073-0.096 | — | 270-350 |
| Пробка техническая | 0.037 | 1800 | 50 |
| Пробковое покрытие для полов | 0.078 | — | 540 |
| Ракушечник | 0.27-0.63 | 835 | 1000-1800 |
| Раствор гипсовый затирочный | 0.50 | 900 | 1200 |
| Резина пористая | 0.05-0.17 | 2050 | 160-580 |
| Рубероид (ГОСТ 10923-82) | 0.17 | 1680 | 600 |
| Стекловата | 0.03 | 800 | 155-200 |
| Стекловолокно | 0.040 | 840 | 1700-2000 |
| Туфобетон | 0.29-0.64 | 840 | 1200-1800 |
| Уголь каменный обыкновенный | 0.24-0.27 | — | 1200-1350 |
| Шлакопемзобетон (термозитобетон) | 0.23-0.52 | 840 | 1000-1800 |
| Штукатурка гипсовая | 0.30 | 840 | 800 |
| Щебень из доменного шлака | 0.12-0.18 | 840 | 400-800 |
| Эковата | 0.032-0.041 | 2300 | 35-60 |
Сравнение теплопроводности строительных материалов, а также их плотности и паропроницаемости представлено в таблице.
Жирным шрифтом выделены наиболее эффективные материалы, применяющиеся в строительстве домов.
Ниже представлена наглядная схема, из которой легко увидеть, какую толщину должна иметь стена из разных материалов, чтобы она удерживала одинаковое количество тепла.
Очевидно, что по этому показателю преимущество за искусственными материалами (например, пенополистиролом).
Примерно такую же картину можно увидеть, если составить диаграмму строительных материалов, которые наиболее часто применяются в работе.
При этом большое значение имеют условия окружающей среды. Ниже приведена таблица теплопроводности строительных материалов, которые эксплуатируются:
- в обычных условиях (А);
- в условиях повышенной влажности (Б);
- в условиях засушливого климата.
Данные взяты на основе соответствующих строительных норм и правил (СНиП II-3-79), а также из открытых интернет-источников (веб-страницы производителей соответствующих материалов). Если данные по конкретным условиям эксплуатации отсутствуют, то поле в таблице не заполнено.
Чем больше показатель, тем больше тепла он пропускает при прочих равных условиях. Так, у некоторых видов пенополистирола этот показатель равен 0,031, а у пенополиуретана – 0,041. С другой стороны, у бетона коэффициент на порядок выше – 1,51, следовательно, он пропускает тепло значительно лучше, чем искусственные материалы.
Сравнительные потери тепла через разные поверхности дома можно увидеть на схеме (100% — общие потери).
Очевидно, что большая часть уходит именно из стен, поэтому отделка этой части помещения – наиболее важная задача, особенно в условиях северного климата.
Видео для справки
Применение материалов с небольшой теплопроводностью в утеплении домов
В основном сегодня используются искусственные материалы – пенопласт, минеральная вата, пенополиуретан, пенополистирол и другие. Они очень эффективны, доступны по цене и достаточно легко монтируются, не требуя особых навыков работы.
- при возведении стен (требуется меньшая их толщина, поскольку основную нагрузку по сбережению тепла берут на себя именно теплоизоляционные материалы);
- при обслуживании дома (тратится меньше ресурсов на отопление).
Пенопласт
Это один из лидеров в своей категории, который широко используется в утеплении стен как снаружи, так и внутри. Коэффициент составляет примерно 0,052-0,055 Вт/(оС*м).
Как выбрать качественный утеплитель
При выборе конкретного образца важно обращать внимание на маркировке – именно она содержит все основные сведения, влияющие на свойства.
Например, ПСБ-С-15 означает следующее:
Минеральная вата
Еще один довольно распространенный утеплитель, который применяется как во внутренней, так и в наружной отделке помещений, – это минеральная вата.
Материал достаточно долговечный, недорогой и несложен в монтаже. Вместе с тем, в отличие от пенопласта, она хорошо впитывает влагу, поэтому при ее использовании необходимо применять и гидроизоляционные материалы, что удорожает монтажные работы.