Как делать теплотехнический расчет. Методика теплотехнического расчета наружной стены. Влияние воздушного зазора на теплозащитные характеристики

17.06.2019

Давным-давно здания и сооружения строились, не задумываясь о том, какими теплопроводными качествами обладают ограждающие конструкции. Другими словами, стены делались просто толстыми. И если вам когда-нибудь случалось быть в старых купеческих домах, то вы могли заметить, что наружные стены этих домов выполнены из керамического кирпича, толщина которых составляет порядка 1,5 метров. Такая толщина кирпичной стены обеспечивала и обеспечивает до сих пор вполне комфортное пребывание людей в этих домах даже в самые лютые морозы.

В настоящее же время все изменилось. И сейчас экономически не выгодно делать стены такими толстыми. Поэтому были придуманы материалы, которые могут ее уменьшить. Одни из них: утеплители и газосиликатные блоки. Благодаря этим материалам, например, толщина кирпичной кладки может быть снижена до 250 мм.

Теперь стены и перекрытия чаще всего делают 2-х или 3-х слойными, одним слоем из которых является материал с хорошими теплоизоляционными свойствами. А для того, чтобы определить оптимальную толщину этого материала, проводится теплотехнический расчет и определяется точка росы.

Как производится расчет по определению точки росы вы можете ознакомиться на следующей странице. Здесь же будет рассмотрен теплотехнический расчет на примере.

Необходимые нормативные документы

Для расчета потребуются два СНиПа, один СП, один ГОСТ и одно пособие:

СНиП 23-02-2003 (СП 50.13330.2012). "Тепловая защита зданий". Актуализированная редакция от 2012 года .
СНиП 23-01-99* (СП 131.13330.2012). "Строительная климатология". Актуализированная редакция от 2012 года .
СП 23-101-2004. "Проектирование тепловой защиты зданий" .
ГОСТ 30494-96 (заменен на ГОСТ 30494-2011 с 2011 года). "Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях" .
Пособие. Е.Г. Малявина "Теплопотери здания. Справочное пособие" .

Рассчитываемые параметры

В процессе выполнения теплотехнического расчета определяют:

теплотехнические характеристики строительных материалов ограждающих конструкций;
приведённое сопротивление теплопередачи;
соответствие этого приведённого сопротивления нормативному значению.

Пример. Теплотехнический расчет трехслойной стены без воздушной прослойки

Исходные данные

1. Климат местности и микроклимат помещения

Район строительства: г. Нижний Новгород.

Назначение здания: жилое .

Расчетная относительная влажность внутреннего воздуха из условия не выпадения конденсата на внутренних поверхностях наружных ограждений равна - 55% (СНиП 23-02-2003 п.4.3. табл.1 для нормального влажностного режима).

Оптимальная температура воздуха в жилой комнате в холодный период года t int = 20°С (ГОСТ 30494-96 табл.1).

Расчетная температура наружного воздуха t ext , определяемая по температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 = -31°С (СНиП 23-01-99 табл. 1 столбец 5);

Продолжительность отопительного периода со средней суточной температурой наружного воздуха 8°С равна z ht = 215 сут (СНиП 23-01-99 табл. 1 столбец 11);

Средняя температура наружного воздуха за отопительный период t ht = -4,1°С (СНиП 23-01-99 табл. 1 столбец 12).

2. Конструкция стены

Стена состоит из следующих слоев:

Кирпич декоративный (бессер) толщиной 90 мм;
утеплитель (минераловатная плита), на рисунке его толщина обозначена знаком "Х", так как она будет найдена в процессе расчета;
силикатный кирпич толщиной 250 мм;
штукатурка (сложный раствор), дополнительный слой для получения более объективной картины, так как его влияние минимально, но есть.

3. Теплофизические характеристики материалов

Значения характеристик материалов сведены в таблицу.

Примечание (*): Данные характеристики можно также найти у производителей теплоизоляционных материалов.

Расчет

4. Определение толщины утеплителя

Для расчета толщины теплоизоляционного слоя необходимо определить сопротивление теплопередачи ограждающей конструкции исходя из требований санитарных норм и энергосбережения.

4.1. Определение нормы тепловой защиты по условию энергосбережения

Определение градусо-суток отопительного периода по п.5.3 СНиП 23-02-2003:

D d = ( t int - t ht ) z ht = (20 + 4,1)215 = 5182°С×сут

Примечание: также градусо-сутки имеют обозначение - ГСОП.

Нормативное значение приведенного сопротивления теплопередаче следует принимать не менее нормируемых значений, определяемых по СНИП 23-02-2003 (табл.4) в зависимости от градусо-суток района строительства:

R req = a×D d + b = 0,00035 × 5182 + 1,4 = 3,214м 2 × °С/Вт ,

где: Dd - градусо-сутки отопительного периода в Нижнем Новгороде,

a и b - коэффициенты, принимаемые по таблице 4 (если СНиП 23-02-2003) или по таблице 3 (если СП 50.13330.2012) для стен жилого здания (столбец 3).

4.1. Определение нормы тепловой защиты по условию санитарии

В нашем случае рассматривается в качестве примера, так как данный показатель рассчитывается для производственных зданий с избытками явной теплоты более 23 Вт/м 3 и зданий, предназначенных для сезонной эксплуатации (осенью или весной), а также зданий с расчетной температурой внутреннего воздуха 12 °С и ниже приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций (за исключением светопрозрачных).

Определение нормативного (максимально допустимого) сопротивления теплопередаче по условию санитарии (формула 3 СНиП 23-02-2003):

где: n = 1 - коэффициент, принятый по таблице 6 для наружной стены;

t int = 20°С - значение из исходных данных;

t ext = -31°С - значение из исходных данных;

Δt n = 4°С - нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимается по таблице 5 в данном случае для наружных стен жилых зданий;

α int = 8,7 Вт/(м 2 ×°С) - коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимается по таблице 7 для наружных стен.

4.3. Норма тепловой защиты

Из приведенных выше вычислений за требуемое сопротивление теплопередачи выбираем R req из условия энергосбережения и обозначаем его теперь R тр0 =3,214м 2 × °С/Вт .

5. Определение толщины утеплителя

Для каждого слоя заданной стены необходимо рассчитать термическое сопротивление по формуле:

где: δi- толщина слоя, мм;

λ i - расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя Вт/(м × °С).

1 слой (декоративный кирпич): R 1 = 0,09/0,96 = 0,094 м 2 × °С/Вт .

3 слой (силикатный кирпич): R 3 = 0,25/0,87 = 0,287 м 2 × °С/Вт .

4 слой (штукатурка): R 4 = 0,02/0,87 = 0,023 м 2 × °С/Вт .

Определение минимально допустимого (требуемого) термического сопротивления теплоизоляционного материала (формула 5.6 Е.Г. Малявина "Теплопотери здания. Справочное пособие"):

где: R int = 1/α int = 1/8,7 - сопротивление теплообмену на внутренней поверхности;

R ext = 1/α ext = 1/23 - сопротивление теплообмену на наружной поверхности, α ext принимается по таблице 14 для наружных стен;

ΣR i = 0,094 + 0,287 + 0,023 - сумма термических сопротивлений всех слоев стены без слоя утеплителя, определенных с учетом коэффициентов теплопроводности материалов, принятых по графе А или Б (столбцы 8 и 9 таблицы Д1 СП 23-101-2004) в соответствии с влажностными условиями эксплуатации стены, м 2 ·°С/Вт

Толщина утеплителя равна (формула 5,7 ):

где: λ ут - коэффициент теплопроводности материала утеплителя, Вт/(м·°С).

Определение термического сопротивления стены из условия, что общая толщина утеплителя будет 250 мм (формула 5.8 ):

где: ΣR т,i - сумма термических сопротивлений всех слоев ограждения, в том числе и слоя утеплителя, принятой конструктивной толщины, м 2 ·°С/Вт.

Из полученного результата можно сделать вывод, что

R 0 = 3,503м 2 × °С/Вт > R тр0 = 3,214м 2 × °С/Вт → следовательно, толщина утеплителя подобрана правильно .

Влияние воздушной прослойки

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).

Примечание: влияние воздушной прослойки учитывается, например, при теплотехническом расчете пластиковых стеклопакетов.

Сейчас, во времена постоянно растущих цен на энергоносители, качественное утепление стало одной из первоочередных задач при возведении новых и ремонте уже построенных домов. Затраты на работы, связанные с повышением энергоэффективности дома, практически всегда окупаются в течение нескольких лет. Главное при их выполнении не наделать ошибок, которые сведут все старания на нет в лучшем случае, в в худшем — ещё и навредят.

Современный рынок строительных материалов просто завален всевозможными утеплителями. К сожалению, производители, или точнее будет сказать, продавцы делают всё, чтобы мы, рядовые застройщики, выбрали именно их материал и отдали свои деньги именно им. А приводит это к тому, что в различных источниках информации (особенно в интернете) появляется много ошибочных и вводящих в заблуждение рекомендаций и советов. Запутаться в них простому человеку довольно легко.

Справедливости ради нужно сказать, что современные утеплители действительно довольно эффективны. Но чтобы использовать их свойства на все сто процентов, во-первых, должен производиться правильный, соответствующий инструкции производителя, монтаж и, во-вторых, применение утеплителя должно всегда быть уместным и целесообразным в каждом конкретном случае. Так как же сделать правильное и эффективное утепление дома? Попробуем разобраться с этим вопросом подробнее…

Ошибки при утеплении дома

Можно выделить три основные ошибки, которые наиболее часто допускают застройщики:

неправильный подбор материалов и их последовательности для «пирога» ограждающей конструкции (стены, пола, крыши…);
несоответствующая нормам, выбранная «на авось» толщина слоя утеплителя;
неправильный монтаж с несоблюдением технологии для каждого конкретного вида утеплителя.

Последствия этих ошибок могут быть весьма печальными. Это и ухудшении микроклимата в доме с повышением влажности и постоянным запотеванием окон в холодное время года, и появление конденсата в тех местах, где это не допустимо, и появление неприятно пахнущего грибка с постепенным загниванием внутренней отделки либо ограждающих конструкций.

Выбор способа утепления

Самое главное правило, которому лучше следовать всегда, гласит — утепляйте дом снаружи, а не изнутри! Значение этой важной рекомендации наглядно продемонстрировано на следующем рисунке:

Сине-красная линия на рисунке отображает изменение температуры в толще «пирога» стены. По ней прекрасно видно, что если утепление производить изнутри, в холодное время года стена будет промерзать.

Вот к примеру такой случай, кстати основанный на вполне реальных событиях. Живёт хороший человек в угловой квартире многоэтажного панельного дома и зимой, особенно в ветреную погоду, мёрзнет. Тогда он решает утеплить холодную стену. А так как квартира его на пятом этаже, то ничего лучше, чем утеплить изнутри, придумать не получается. При этом в один субботний полдень он по телевизору смотрит передачу о ремонте и видит, как там в похожей квартире утепляют стены тоже изнутри при помощи матов из минеральной ваты.

И всё там показали вроде бы правильно и красиво: выставили каркас, заложили утеплитель, закрыли его пароизоляционной плёнкой и обшили гипсокартоном. Но только не объяснили, что использовали минеральную вату не потому, что это самый подходящий материал для утепления стен изнутри, а потому, что спонсором их сегодняшнего выпуска является крупный производитель минераловатных утеплителей.

И вот наш хороший человек решает это повторить. Делает всё также, как по телевизору, и в квартире сразу становится ощутимо теплее. Только радость его от этого длится не долго. Через некоторое время он начинает ощущать, что в комнате появился какой-то посторонний запах и воздух стал как-будто тяжелее. А ещё через несколько дней внизу стены на гипсокартоне стали проявляться тёмные сырые пятна. Хорошо ещё, что обои не успел поклеить. Так что же случилось?

А случилось то, что панельная стена, закрытая от внутреннего тепла слоем утеплителя, быстро промёрзла. Водяные пары, которые содержатся в воздухе и из-за разницы парциальных давлений всегда стремятся изнутри тёплого помещения наружу, стали попадать в утеплитель, несмотря на сделанную пароизоляцию, через плохо проклеенные или вообще не проклеенные стыки, через дырки от скобок степлера и саморезов крепления гипсокартона. При контакте паров с промёрзшей стеной, на ней начал выпадать конденсат. Утеплитель стал сыреть и накапливать всё больше влаги, что и привело к неприятному затхлому запаху и появлению грибка. Кроме того намокшая минеральная вата быстро теряет свои теплосберегающие свойства.

Встаёт вопрос — что же тогда человеку делать в данной ситуации? Ну для начала нужно всё таки постараться найти возможность сделать утепление снаружи. Благо сейчас всё больше появляется организаций, занимающихся такими работами вне зависимости от высоты. Конечно, их расценки многим покажутся очень высокими — 1000÷1500 руб.за 1м² под ключ. Но это только на первый взгляд. Если в полном объёме посчитать все затраты при внутреннем утеплении (утеплитель, его обшивка, шпаклёвки, грунтовки, новая покраска или новые обои плюс зарплата работникам), то в итоге разница с наружным утеплением становится не принципиальной и конечно лучше предпочесть именно его.

Другое дело, если нет возможности получить разрешение на наружное утепление (напр., дом имеет какие-то архитектурные особенности). В этом крайнем случае, если уж Вы решились утеплить стены изнутри, используйте утеплители с минимальной (почти нулевой) паропроницаемостью, такие как пеностекло, экструдированный пенополистирол.

Пеностекло является более экологичным материалом, но к сожалению и более дорогим. Так если 1 м³ экструдированнного пенополистирола стоит около 5000 рублей, то 1 м³ пеностекла — около 25000 рублей, т.е. в пять раз дороже.

Подробно о технологии внутреннего утепления стен будет говорится в отдельной статье. Сейчас отметим лишь тот момент, что при монтаже утеплителя необходимо по максимуму исключать нарушение его целостности. Так, например, ЭППС лучше к стене приклеивать и от дюбелей отказаться совсем (как на рисунке), либо свести их число к минимуму. В качестве отделки утеплитель покрывают гипсовыми штукатурными смесями, либо также обклеивают листами гипсокартона без всяких каркасов и без всяких саморезов.

Как определить нужную толщину утеплителя?

С тем, что утепление дома лучше производить снаружи, чем изнутри, мы более или менее разобрались. Теперь следующий вопрос — а сколько нужно заложить утеплителя в каждом конкретном случае? Зависеть это будет от следующих параметров:

какие климатические условия в данном регионе;
какой требуемый микроклимат в помещении;
какие материалы составляют «пирог» ограждающей конструкции.

Немного о том, как им пользоваться:

Расчёт утепления стен дома

Допустим «пирог» нашей стены состоит из слоя гипсокартона — 10 мм (внутренняя отделка), газосиликатного блока D-600 — 300 мм, минераловатного утеплителя — ? мм и сайдинга.

Вносим в программу исходные данные в соответствии со следующим скриншотом:

Итак по пунктам:

1) Расчет выполнить согласно: — оставляем точку напротив «СП 50.13330.2012 и СП 131.13330.2012», как мы видим эти нормы более свежие.

2) Населенный пункт: — выбираем «Москва» либо любой другой, который есть в списке и к Вам ближе.

3) Тип зданий и помещений — устанавливаем «Жилые.»

4) Вид ограждающей конструкции — выбираем «Наружные стены с вентилируемым фасадом.» , так как наши стены обшиты снаружи сайдингом.

5) Расчетная средняя температура и относительная влажность внутреннего воздуха определяются автоматически, мы их не трогаем.

6) Коэффициент теплотехнической однородности «r» — его значение выбираем нажав на знак вопроса. Ищем, что нам подходит в появившихся таблицах. Если ничего не подходит — принимаем значение «r» из указаний Мосгосэкспертизы (указаны вверху страницы над таблицами). Для нашего примера мы взяли значение r=0,85 для стен с оконными проёмами.

Данный коэффициент в большинстве подобных онлайн-программ для теплотехнического расчёта отсутствует. Его введение делает расчёт более точным, так как он характеризует неоднородность материалов стены. К примеру, при расчёте кирпичной кладки этот коэффициент учитывает наличие растворных швов, теплопроводность которых значительно больше, чем у самого кирпича.

7) Опции расчёта: — ставим галочки напротив пунктов «Расчёт сопротивления паропроницанию» и «Расчёт точки росы».

8) Вносим в таблицу материалы, составляющие наш «пирог» стены. Обратите внимание — принципиально важно вносить их в очерёдности от наружного слоя к внутреннему.

Примечание: Если стена имеет наружный слой материала отделённый прослойкой вентилируемого воздуха (в нашем примере это сайдинг), этот слой в расчёт не включают. Он уже учтён при выборе вида ограждающей конструкции.

Итак, мы внесли в таблицу следующие материалы — минераловатный утеплитель KNAUF, газосиликат плотностью 600 кг/м³ и известково-песчаную штукатурку. При этом автоматически появляются значения коэффициентов теплопроводности (λ) и паропроницаемости (μ).

Толщины слоёв газосиликата и штукатурки нам известны изначально, вносим их в таблицу в миллиметрах. А искомую толщину утеплителя подбираем до тех пор, пока под таблицей не появится надпись «R 0 пр >R 0 норм (… > …) конструкция соответствует требованиям по теплопередаче. «

В нашем примере условие начинает выполняться при толщине минеральной ваты равной 88 мм. Округляем это значение в большую сторону до 100 мм, так как именно такая толщина имеется в продаже.

Также под таблицей мы видим надписи, говорящие о том, что влагонакопление в утеплителе невозможно и выпадение конденсата невозможно . Это свидетельствует о правильно выбранной схеме утепления и толщине слоя утеплителя.

Кстати данный расчёт позволяет нам увидеть то, о чём говорилось в первой части этой статьи, а именно, почему утепление стен изнутри лучше не делать. Поменяем слои местами, т.е. поставим утеплитель внутрь помещения. Что при этом получается смотрите на следующем скриншоте:

Видно, что хотя конструкция по прежнему соответствует требованиям по теплопередаче, но условия паропроницаемости уже не выполняются и возможно выпадение конденсата, о чём сказано под табличкой материалов. О последствиях этого говорилось выше.

Ещё одним достоинством данной онлайн-программы является то, что нажав на кнопку «Отчёт » внизу страницы, можно получить весь проведённый теплотехнический расчёт в виде формул и уравнений с подстановкой всех значений. Кому то это возможно будет интересно.

Расчёт утепления чердачного перекрытия

Пример теплотехнического расчёта чердачного перекрытия показан на следующем скриншоте:

Отсюда видно, что в данном примере необходимая толщина минеральной ваты для утепления чердака составляет не менее 160 мм. Перекрытие — по деревянным балкам, «пирог» составляют — утеплитель, сосновые доски толщиной 25 мм, ДВП — 5 мм, воздушный зазор — 50 мм и подшивка гипсокартоном — 10 мм. Воздушный зазор присутствует в расчёте из-за наличия каркаса под гипсокартон.

Расчёт утепления цокольного перекрытия

Пример теплотехнического расчёта для цокольного перекрытия показан на следующем скриншоте:

В данном примере, когда цокольное перекрытие является монолитным железобетонным толщиной 200 мм и в доме есть неотапливаемое подполье, минимально необходимая толщина утепления экструдированным пенополистиролом составляет около 120 мм.

Таким образом выполнение теплотехнического расчёта позволяет правильно скомпоновать «пирог» ограждающей конструкции, выбрать необходимую толщину каждого слоя и в конце концов выполнить эффективное утепление дома. После этого главное произвести качественный и правильный монтаж утеплителя. Выбор их сейчас очень большой и в работе с каждым есть свои особенности. Об этом обязательно будет говориться в других статьях нашего сайта, посвящённых теме утепления жилища.

Будем рады видеть Ваши комментарии по данной теме!

Тепло в доме напрямую зависит от многих факторов, в том числе от толщины утеплителя. Чем больше его толщина, тем лучше ваш дом будет защищен от холода и промерзания, и тем меньше вы будете платить за отопление.

Посчитайте стоимость 1м2 и 1 м3 утеплителя в пачке и вы увидите, что утеплять свой дом минеральной ватой на основе кварца ISOVER выгодно. Сэкономленные деньги можно потратить на утепление своего дома еще одним слоем минваты на основе кварца, тем самым сделать свой дом теплее, повысить его класс энергоэффективности и сократить счета за отопление.

В России только ISOVER производит как базальтовую вату из горных пород, так и природные утеплители на основе кварца для утепления частных домов, дач, квартир и других построек. Поэтому мы готовы предложить для каждой конструкции свой материал.

Для понимания чем лучше утеплить дом нужно учесть несколько факторов:

- Климатические особенности региона, в котором расположен дом.
- Тип конструкции, которую необходимо утеплить.
- Ваш бюджет и понимание хотите ли вы самое лучшее решение, утеплитель с оптимальным соотношением «цена-качество» или просто базовое решение.

Минеральная вата ISOVER на основе кварца отличается повышенной упругостью, поэтому никакие крепежи и дополнительные балки вам не понадобятся. А главное, благодаря формостабильности и упругости нет мостиков холода, соответственно тепло не будет уходить из дома и о промерзании стен можно забыть раз и навсегда.

Хотите, чтобы стены не промерзали и тепло всегда оставалось в доме? Обращайте внимание на 2 ключевые характеристики утеплителя для стен:

1. КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛО ПРОВОДНОСТИ

2. ФОРМОСТАБИЛЬНОСТЬ

Узнайте какой материал ISOVER выбрать, чтобы сделать дом теплее и платить за отопление до 67% меньше. С помощью калькулятора ISOVER вы сможете рассчитать свою выгоду.

Сколько утеплителя и какой толщины нужно для вашего дома?
- Сколько это стоит и где выгоднее купить утеплитель?
- Сколько денег вы ежемесячно и ежегодно сэкономите на отоплении благодаря утеплению?
- На сколько ваш дом станет теплее с ISOVER?
- Как повысить энергоэффективность конструкций?