Теплотехнический расчёт наружных стен

В процессе разработки проекта дома очень тщательное внимание нужно уделить теплотехническому расчету наружных стен, чтобы в дальнейшем при эксплуатации не расплачиваться, в прямом смысле, за экономию материалов и неверный подбор ширин и типов ограждающих конструкций.

Определимся с основными вводными:

Место строительства: Тюмень и окрестности
Назначение здания: жилое

Оптимальная температура воздуха в жилой комнате в зимний период согласно ГОСТ 30494-96 табл.1 составляет от +20 до +25 градусов, берем минимально допустимое:

tint = +20 °С

Расчетная температура наружного воздуха t_ext, определяется по таблице 1, столбец 5 СНиП 23-01-99 Строительная климатология:

text = -38 °С

Там же, в 11 столбце, нам понадобится продолжительность отопительного периода, когда среднесуточная температура ниже +8 °С:

zh = 225 суток

Там же, столбец 12, средняя температура наружного воздуха за отопительный период:

tht = -7,2 °С

Это константные величины для нашего региона. Любая переплата в надежность, или, другими словами в утепление конструкции, поможет сократить дополнительные ежегодные расходы на источнике обогрева (газ, дрова, электричество). Не стоит основываться на собственных воспоминаниях о климатических условиях, т. к. они кратковременны и неточны, а здание строится минимум на 50 лет.

Определение градусо-суток отопительного периода (ГСОП):

Dd = (tint - tht) × zht = (20 + 7,2) × 225 = 6120 °С×сут

Нормативное значение приведенного сопротивления теплопередаче:

Rreq= a × Dd + b = 0,00035 × 6120 + 1,4 = 3,542 м2×°С/Вт

Требуемое сопротивление тепловой защите:

R0тр = 3,542 м2×°С/Вт

Это основной показатель, с которым мы будем сравнивать все тепловые сопротивления полученных стен из различных материалов для города Тюмени. Для других регионов нужно его пересчитать, основываясь на СНИП.

Кроме этих данных нам потребуются толщины слоев и их коэффициенты теплопроводности λ_i. Обычно эти данные открыто публикуются производителями материалов, либо их усредненные показатели можно взять в приложении 3, СНиП II-3-79* Строительная теплотехника.

В нашем примере в качестве утеплителя рассчитаем газоблок «Поревит» толщиной 200 мм, проверим достаточно ли его для утепления.

Сумма термических сопротивлений всех слоев стены без учета слоя утеплителя

ΣRi = 0,083+ 0,138 + 0,023 = 0,244 м2×°С/Вт

Требуемое сопротивление утеплителя

Rут = R0тр - (0,115 + 0,044 + ΣRi) = 3,542 - (0,159 + 0,244) = 3,139 м2×°С/Вт

где:

0,115 = Rint = 1/αint = 1/8,7 — сопротивление теплообмену на внутренней поверхности стен

0,044 = Rext = 1/αext = 1/23 — сопротивление теплообмену на наружной поверхности

Требуемая толщина утеплителя δ_ут

δут = λ2 × Rут = 0,12 * 3,139 = 0,38 м = 380 мм

В случае, когда в трехслойной кладке в качестве утеплителя применяются минеральная вата, стекловата или другой плитный утеплитель, необходимо устройство воздушной вентилируемой прослойки между наружной кладкой и утеплителем. Толщина этой прослойки должна составлять не менее 10 мм, а желательно 20—40 мм. Она необходима для того, чтобы осушать утеплитель, который намокает от конденсата.

Данная воздушная прослойка является не замкнутым пространством, поэтому в случае ее наличия в расчете необходимо учитывать требования п.9.1.2 СП 23-101-2004, а именно:

а) слои конструкции, расположенные между воздушной прослойкой и наружной поверхностью (в нашем случае — это декоративный кирпич (бессер)), в теплотехническом расчете не учитываются;
б) на поверхности конструкции, обращенной в сторону вентилируемой наружным воздухом прослойки, следует принимать коэффициент теплоотдачи α_ext = 10,8 Вт/(м°С).

Мы получили толщину утеплителя 380 миллиметров, значит блока «Поревит» с толщиной 200 в кладке недостаточно. Блока шириной 380 мм нет в сортаменте, а потому следует использовать близкий по значению 400 мм.

Определим общее термическое сопротивление стены теперь уже с учетом утеплителя:

R0 = 0,115 + 0,044 + 0,244 + 0,4/0,12 = 3,736 м2×°С/Вт

Если общее термическое сопротивление больше требуемого, значит расчет выполнен верно:

3,736 > 3,542 м2×°С/Вт

Лирическое отступление

Некоторые могут возразить, мол, строят стены из чистого «Поревита» толщиной 300 мм и в домах тепло — это верно.

Во-первых, не всегда уличная температура держится в своих минимальных значениях и 7–10 морозных дней можно потерпеть в прохладном здании, а во-вторых, можно добиться комфортной температуры в помещении увеличив расход тепловой энергии (газ, дрова, электричество).

Полученный показатель дает лишь рекомендованную толщину стен, при соблюдении которой, получите температуру в +20 °C в помещениях, при соблюдении технологий возведения прочих ограждающих конструкций: пол, потолок, окна, двери.

Типовые конструкции стен

Разберем варианты из различных материалов и различных вариаций «пирога», но для начала, стоит упомянуть самый дорогой и сегодня крайне редко встречаемый вариант — стена из цельного кирпича. Для Тюмени толщина стены должна быть 770 мм или три кирпича.

Брус

В противовес, достаточно популярный вариант — брус 200 мм. Из схемы и из таблицы ниже становится очевидно, что одного бруса для жилого дома недостаточно. Остается открытым вопрос, достаточно ли утеплить наружные стены одним листом минеральной ваты толщиной 50 мм?

Подставляя в предыдущие формулы, получаем требуемую толщину утеплителя δ_ут = 0,08 м = 80 мм.

Отсюда следует что утепления в один слой 50 мм минеральной ваты недостаточно, нужно утеплять в два слоя с перехлестом.

Любителям рубленных, цилиндрованных, клееных и прочих видов деревянных домов. Можете подставить в расчет любую, доступную вам, толщину деревянных стен и убедиться, что без внешнего утепления в холодные периоды вы: либо будете мерзнуть при равных расходах тепловой энергии, либо тратить больше на отопление. К сожалению, чудес не бывает.

Так же стоит отметить несовершенство стыков между бревнами, что неизбежно ведет к теплопотерям. На снимке тепловизора угол дома снятый изнутри.

Керамзитоблок

Следующий вариант так же набрал популярность в последнее время, керамзитоблок 400 мм с облицовкой кирпичом. Выясним какой толщины утеплитель нужен в этом варианте.

Подставляя в предыдущие формулы, получаем требуемую толщину утеплителя δ_ут = 0,094 м = 94 мм.

Для кладки из керамзитоблока с облицовкой кирпичом требуется минеральный утеплитель толщиной 100 мм.

Газоблок

Газоблок 400 мм с нанесением утеплителя и оштукатуриванием по технологии «мокрый фасад». Величину внешней штукатурки в расчет не включаем из-за крайней малости слоя. Так же, в силу правильной геометрии блоков сократим слой внутренней штукатурки до 1 см.

Подставляя в предыдущие формулы, получаем требуемую толщину утеплителя δ_ут = 0,003 м = 3 мм.

Здесь напрашивается вывод: блок Поревит толщиной 400 мм не требует утеплителя с внешней стороны, достаточно внешней и внутренней штукатурки или отделки фасадными панелями.

Важное замечание!

Несмотря на то, что мы получили для газобетона минимальную толщину утеплителя, это вовсе не значит что он не нужен — обязательно нужен.

Если объяснить это коротко, то коэффициенты теплороводности λ всех материалов указываются для идеальных условий: постоянная температура и влажность. В жизни же газобетон увлажняется из-за разности температур внутри и снаружи дома, при этом значительно теряет свои характеристики теплопроводности.

Заключение

Таинство теплотехнического расчета открывает не только возможность в подборе стеновых ограждений: пирог утепленной кровли, полы первого этажа и чердачные перекрытия, всё считается с применением этих формул. Для пола нужно учитывать, что температура в пространстве между землей и полом не опускается ниже +5 градусов, поэтому требуемое сопротивление тепловой защите R0тр придется подобрать по-новой.

Станет ли дом тёплым и экономичным зависит только от вас, а в следующей статье мы разберём вопросы: конденсата, точки росы, правильного утепления газобетона и почему в качестве утеплителя стен не стоит использовать пенопласт и пенополистирол.