Теплотехнический расчет стен. Правильное утепление дома — делаем теплотехнический расчёт. Расчёт утепления цокольного перекрытия

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.

Создание комфортных условий для проживания или трудовой деятельности является первостепенной задачей строительства. Значительная часть территории нашей страны находится в северных широтах с холодным климатом. Поэтому поддержание комфортной температуры в зданиях всегда актуально. С ростом тарифов на энергоносители снижение расхода энергии на отопление выходит на первый план.

Климатические характеристики

Выбор конструкции стен и кровли зависит прежде всего от климатических условий района строительства. Для их определения необходимо обратиться к СП131.13330.2012 «Строительная климатология». В расчетах используются следующие величины:

температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92, обозначается Тн;
средняя температура, обозначается Тот;
продолжительность, обозначается ZOT.

На примере для Мурманска величины имеют следующие значения:

Тн=-30 град;
Тот=-3.4 град;
ZOT=275 суток.

Кроме того, необходимо задать расчетную температуру внутри помещения Тв, она определяется в соответствии с ГОСТом 30494-2011. Для жилья можно принять Тв=20 град.

Чтобы выполнить теплотехнический расчет ограждающих конструкций, предварительно вычисляют величину ГСОП (градусо-сутки отопительного периода):
ГСОП = (Тв - Тот) х ZOT.
На нашем примере ГСОП=(20 - (-3,4)) х 275 = 6435.

Основные показатели

Для правильного выбора материалов ограждающих конструкций необходимо определить, какими теплотехническими характеристиками они должны обладать. Способность вещества проводить тепло характеризуется его теплопроводностью, обозначается греческой буквой l (лямбда) и измеряется в Вт/(м х град.). Способность конструкции удерживать тепло характеризуется её сопротивлением теплопередаче R и равняется отношению толщины к теплопроводности: R = d/l.

В случае если конструкция состоит из нескольких слоёв, сопротивление рассчитывается для каждого слоя и затем суммируется.

Сопротивление теплопередачи является основным показателем наружной конструкции. Его величина должна превышать нормативное значение. Выполняя теплотехнический расчет ограждающих конструкций здания, мы должны определить экономически оправданный состав стен и кровли.

Значения теплопроводности

Качество теплоизоляции определяется в первую очередь теплопроводностью. Каждый сертифицированный материал проходит лабораторные исследования, в результате которых определяется это значение для условий эксплуатации «А» или «Б». Для нашей страны большинству регионов соответствуют условия эксплуатации «Б». Выполняя теплотехнический расчет ограждающих конструкций дома, следует использовать именно это значение. Значения теплопроводности указывают на этикетке либо в паспорте материала, но если их нет, можно воспользоваться справочными значениями из Свода правил. Значения для наиболее популярных материалов приведены ниже:

Кладка из обыкновенного кирпича - 0,81 Вт(м х град.).
Кладка из силикатного кирпича - 0,87 Вт(м х град.).
Газо- и пенобетон (плотностью 800) - 0,37 Вт(м х град.).
Древесина хвойных пород - 0,18 Вт(м х град.).
Экструдированный пенополистирол - 0,032 Вт(м х град.).
Плиты минераловатные (плотность 180) - 0,048 Вт(м х град.).

Нормативное значение сопротивления теплопередаче

Расчётное значение сопротивления теплопередаче не должно быть меньше базового значения. Базовое значение определяется по таблице 3 СП50.13330.2012 « зданий». В таблице определены коэффициенты для расчета базовых значений сопротивления теплопередаче всех ограждающих конструкций и типов зданий. Продолжая начатый теплотехнический расчет ограждающих конструкций, пример расчета можно представить следующим образом:

Рстен = 0,00035х6435 + 1,4 = 3,65 (м х град/Вт).
Рпокр = 0,0005х6435 + 2,2 = 5,41 (м х град/Вт).
Рчерд = 0,00045х6435 + 1,9 = 4,79 (м х град/Вт).
Рокна = 0,00005х6435 + 0,3 = х град/Вт).

Теплотехнический расчет наружной ограждающей конструкции выполняется для всех конструкций, замыкающих «теплый» контур - пол по грунту или перекрытие техподполья, наружные стены (включая окна и двери), совмещенное покрытие или перекрытие неотапливаемого чердака. Также расчет необходимо выполнять и для внутренних конструкций, если перепад температур в смежных комнатах составляет более 8 градусов.

Теплотехнический расчет стен

Большинство стен и перекрытий по своей конструкции многослойны и неоднородны. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций многослойной структуры выглядит следующим образом:
R= d1/l1 +d2/l2 +dn/ln,
где n - параметры n-го слоя.

Если рассматривать кирпичную оштукатуренную стену, то получим следующую конструкцию:

наружный слой штукатурки толщиной 3 см, теплопроводность 0,93 Вт(м х град.);
кладка из полнотелого глиняного кирпича 64 см, теплопроводность 0,81 Вт(м х град.);
внутренний слой штукатурки толщиной 3 см, теплопроводность 0,93 Вт(м х град.).

Формула теплотехнического расчета ограждающих конструкций выглядит следующим образом:

R=0,03/0,93 + 0,64/0,81 + 0,03/0,93 = 0,85(м х град/Вт).

Полученное значение существенно меньше определенного ранее базового значения сопротивления теплопередаче стен жилого дома в Мурманске 3,65 (м х град/Вт). Стена не удовлетворяет нормативным требованиям и нуждается в утеплении. Для утепления стены используем толщиной 150 мм и теплопроводностью 0,048 Вт(м х град.).

Подобрав систему утепления, необходимо выполнить проверочный теплотехнический расчет ограждающих конструкций. Пример расчета приведён ниже:

R=0,15/0,048 + 0,03/0,93 + 0,64/0,81 + 0,03/0,93 = 3,97(м х град/Вт).

Полученная расчётная величина больше базовой - 3,65 (м х град/Вт), утеплённая стена удовлетворяет требованиям норм.

Расчёт перекрытий и совмещённых покрытий выполняется аналогично.

Теплотехнический расчёт полов, соприкасающихся с грунтом

Нередко в частных домах или общественных зданиях полы первых этажей выполняются по грунту. Сопротивление теплопередаче таких полов не нормируется, но как минимум конструкция полов не должна допускать выпадения росы. Расчет конструкций, соприкасающихся с грунтом, выполняется следующим образом: полы разбиваются на полосы (зоны) шириной по 2 метра, начиная с внешней границы. Таких зон выделяется до трех, оставшаяся площадь относится к четвертой зоне. Если в конструкции пола не предусмотрен эффективный утеплитель, то сопротивление теплопередаче зон принимается следующим:

1 зона - 2,1 (м х град/Вт);
2 зона - 4,3 (м х град/Вт);
3 зона - 8,6 (м х град/Вт);
4 зона - 14,3 (м х град/Вт).

Нетрудно заметить, что чем дальше участок пола находится от внешней стены, тем выше его сопротивление теплопередаче. Поэтому зачастую ограничиваются утеплением периметра пола. При этом к сопротивлению теплопередаче зоны добавляется сопротивление теплопередаче утепленной конструкции.
Расчет сопротивления теплопередаче пола необходимо включать в общий теплотехнический расчет ограждающих конструкций. Пример расчета полов по грунту рассмотрим ниже. Примем площадь пола 10 х 10, равную 100 м кв.

Площадь 1 зоны составит 64 м кв.
Площадь 2 зоны составит 32 м кв.
Площадь 3 зоны составит 4 м кв.

Среднее значение сопротивления теплопередаче пола по грунту:
Рпола = 100 / (64/2,1 + 32/4,3 + 4/8,6) = 2,6 (м х град/Вт).

Выполнив утепление периметра пола пенополистирольной плитой толщиной 5 см, полосой шириной 1 метр, получим среднее значение сопротивления теплопередаче:

Рпола = 100 / (32/2,1 + 32/(2,1+0,05/0,032) + 32/4,3 + 4/8,6) = 4,09 (м х град/Вт).

Важно отметить, что подобным образом рассчитываются не только полы, но и конструкции стен, соприкасающихся с грунтом (стены заглубленного этажа, теплого подвала).

Теплотехнический расчет дверей

Несколько иначе рассчитывается базовое значение сопротивления теплопередаче входных дверей. Для его расчета понадобится сначала вычислить сопротивление теплопередаче стены по санитарно-гигиеническому критерию(невыпадению росы):
Рст = (Тв - Тн)/(ДТн х ав).

Здесь ДТн - разница температур между внутренней поверхностью стены и температурой воздуха в комнате, определяется по Своду правил и для жилья составляет 4,0.
ав - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности стены, по СП составляет 8,7.
Базовое значение дверей берется равным 0,6хРст.

Для выбранной конструкции двери требуется выполнить проверочный теплотехнический расчет ограждающих конструкций. Пример расчета входной двери:

Рдв = 0,6 х (20-(-30))/(4 х 8,7) = 0,86 (м х град/Вт).

Этому расчетному значению будет соответствовать дверь, утепленная минераловатной плитой толщиной 5 см. Её сопротивление теплопередаче составит R=0,05 / 0,048=1,04 (м х град/Вт), что больше расчетного.

Комплексные требования

Расчеты стен, перекрытий или покрытия выполняются для проверки поэлементных требований нормативов. Сводом правил также установлено комплектное требование, характеризующее качество утепления всех ограждающих конструкций в целом. Эта величина называется «удельная теплозащитная характеристика». Без ее проверки не обходится ни один теплотехнический расчет ограждающих конструкций. Пример расчета по СП приведен ниже.

Коб = 88,77 / 250 = 0,35, что меньше нормируемого значения 0,52. В данном случае площади и объем приняты для дома размерами 10 х 10 х 2,5 м. Сопротивления теплопередачи - равные базовым величинам.

Нормируемое значение определяется в соответствии с СП в зависимости от отапливаемого объёма дома.

Помимо комплексного требования, для составления энергетического паспорта также выполняют теплотехнический расчет ограждающих конструкций, пример оформления паспорта дан в приложении к СП50.13330.2012.

Коэффициент однородности

Все приведенные выше расчеты применимы для однородных конструкций. Что на практике встречается довольно редко. Чтобы учесть неоднородности, снижающие сопротивление теплопередаче, вводится поправочный коэффициент теплотехнической однородности - r. Он учитывает изменение сопротивления теплопередаче, вносимые оконными и дверными проемами, внешними углами, неоднородными включениями (например перемычками, балками, армирующими поясами), и пр.

Расчет этого коэффициента достаточно сложен, поэтому в упрощенном виде можно воспользоваться примерными значениями из справочной литературы. Например, для кирпичной кладки - 0,9, трехслойных панелей - 0,7.

Эффективное утепление

Выбирая систему утепления дома, легко убедиться, что выполнить современные требования тепловой защиты без использования эффективного утеплителя практически невозможно. Так, если использовать традиционный глиняный кирпич, потребуется кладка толщиной в несколько метров, что экономически нецелесообразно. Вместе с тем низкая теплопроводность современных утеплителей на основе пенополистирола либо каменной ваты позволяет ограничиться толщинами в 10-20 см.

Например, чтобы достичь базового значения сопротивления теплопередаче 3,65 (м х град/Вт), потребуется:

кирпичная стена толщиной 3 м;
кладка из пенобетонных блоков 1,4 м;
минераловатный утеплитель 0,18 м.

Стены зданий, защищают нас от ветра, осадков и часто служат несущими конструкциями для крыши. И все-таки главной функцией стен, как ограждающих конструкций, является защита человека от не комфортных температур (в основном низких) воздуха окружающего пространства.

Теплотехнический расчет стены определяет необходимые толщины слоев примененных материалов, обеспечивающие тепловую изоляцию помещений с точки зрения обеспечения комфортных санитарно-гигиенических условий для нахождения человека в здании и требований законодательства по энергосбережению.

Чем сильнее утеплены стены, тем меньше будущие эксплуатационные затраты на отопление здания, но при этом больше затраты на приобретение материалов при строительстве. До какой степени разумно утеплять ограждающие конструкции зависит от предполагаемого срока эксплуатации здания, целей, преследуемых инвестором строительства, и считается на практике в каждом случае индивидуально.

Санитарно-гигиенические требования определяют минимально допустимые сопротивления теплопередаче сечения стен, способные обеспечить комфорт в помещении. Эти требования следует обязательно выполнить при проектировании и строительстве! Обеспечение требований по энергосбережению позволит вашему проекту не только пройти экспертизу и потребует дополнительных разовых затрат при строительстве, но и обеспечит сокращение дальнейших затрат на отопление при эксплуатации.

Теплотехнический расчет в Excel многослойной стены.

Включаем MS Excel и начинаем рассмотрение примера теплотехнического расчета стены здания, строящегося в регионе — г. Москва.

Перед началом работы скачайте: СП 23-101-2004, СП 131. 13330.2012 и СП 50.13330.2012. Все перечисленные Своды Правил находятся в свободном доступе в Интернете.

В расчетном файле Excel в примечаниях к ячейкам со значениями параметров представлена информация, откуда следует брать эти значения, причем не только указаны номера документов, но и, зачастую, номера таблиц и даже столбцов.

Задавшись размерами и материалами слоев стены, мы проверим её на соответствие санитарно-гигиеническим нормам и нормам энергосбережения, а также вычислим расчетные температуры на границах слоев.

Исходные данные:

1…7. Ориентируясь на ссылки в примечаниях к ячейкам D4-D10, заполняем первую часть таблицы исходными данными для вашего региона строительства.

8…15. Во вторую часть исходных данных в ячейки D12-D19 вносим параметры слоев наружной стены – толщины и коэффициенты теплопроводности.

Значения коэффициентов теплопроводности материалов вы можете запросить у продавцов, найти по ссылкам в примечаниях к ячейкам D13, D15, D17, D19 или просто поиском в Сети.

В рассматриваемом примере:

первый слой — листы гипсовые обшивочные (сухая штукатурка) с плотностью 1050 кг/м 3 ;

второй слой — кирпичная кладка из сплошного глиняного обыкновенного кирпича (1800 кг/м 3) на цементно-шлаковом растворе;

третий слой — плиты минераловатные из каменного волокна (25-50 кг/м3);

четвертый слой — полимерцементная штукатурка с сеткой из стекловолокна.

Результаты:

Теплотехнический расчет стены будем выполнять, основываясь на предположении, что примененные в конструкции материалы сохраняют теплотехническую однородность в направлении распространения теплового потока.

Расчет ведется по ниже представленным формулам:

16. ГСОП =( t вр - t н ср )* Z

17. R 0 э тр =0,00035* ГСОП+1,4

Формула применима для теплотехнического расчета стен жилых зданий, детских и лечебно-профилактических учреждений. Для зданий иного назначения коэффициенты «0,00035» и «1,4» в формуле следует выбрать иными согласно Таблице 3 СП 50.13330.2012.

18. R 0с тр =( t вр - t нр )/( Δ t в * α в )

19. R 0 =1/ α в + δ 1 / λ 1 + δ 2 / λ 2 + δ 3 / λ 3 + δ 4 / λ 4 +1/ α н

Должны выполняться условия: R 0 > R 0с тр и R 0 > R 0э тр .

Если не выполняется первое условие, то ячейка D24 автоматически будет залита красным цветом, сигнализируя пользователю о недопустимости применения выбранной конструкции стены. Если не выполняется только второе условие, то ячейка D24 окрасится розовым цветом. Когда расчетное сопротивление теплопередачи больше нормативных значений, ячейка D24 окрашена в светло-желтый цвет.

20. t 1 = t вр — (t вр — t нр )/ R 0 *1/α в

21. t 2 = t вр — (t вр — t нр )/ R 0 *(1/α в + δ 1 /λ 1 )

22. t 3 = t вр — (t вр — t нр )/ R 0 *(1/α в + δ 1 /λ 1 + δ 2 /λ 2 )

23. t 4 = t вр — (t вр — t нр )/ R 0 *(1/α в + δ 1 /λ 1 + δ 2 /λ 2 +δ 3 /λ 3 )

24. t 5 = t вр — (t вр — t нр )/ R 0 *(1/α в + δ 1 /λ 1 + δ 2 /λ 2 +δ 3 /λ 3 + δ 4 /λ 4 )

Теплотехнический расчет стены в Excel завершен.

Важное замечание.

Окружающий нас воздух содержит внутри себя воду. Чем выше температура воздуха, тем большее количество влаги он способен удерживать.

При 0˚С и 100% относительной влажности промозглый воздух ноября в наших широтах содержит в одном кубическом метре менее 5 граммов воды. В то же время раскаленный воздух в пустыне Сахара при +40˚С и всего 30% относительной влажности, удивительно, но удерживает внутри себя в 3 раза больше воды — более 15 г/м3.

Остывая и становясь холоднее, воздух не может удерживать внутри себя то количество влаги, что мог в более нагретом состоянии. В результате воздух выбрасывает из себя на прохладные внутренние поверхности стен капли влаги. Чтобы этого не происходило внутри помещений, следует при проектировании сечения стены обеспечить невозможность выпадения росы на внутренних поверхностях стен.

Так как средняя относительная влажность воздуха жилых помещений составляет 50…60%, то точка росы при температуре воздуха +22˚С составляет +11…14˚С. В нашем примере температура внутренней поверхности стены +20,4˚С обеспечивает невозможность образования росы.

Но роса может при достаточной гигроскопичности материалов образовываться внутри слоев стены и, особенно, на границах слоев! Замерзая, вода расширяется и разрушает материалы стен.

В рассмотренном выше примере точка с температурой 0˚С находится внутри слоя утеплителя и достаточно близко к наружной поверхности стены. В этой точке на схеме в начале статьи, отмеченной желтым цветом, температура меняет свое значение с положительного на отрицательное. Получается, что кирпичная кладка никогда в своей жизни не будет находиться под воздействием отрицательных температур. Это будет способствовать обеспечению долговечности стен здания.

Если мы поменяем в примере местами второй и третий слои – утеплим стену изнутри, то получим не одну, а две границы слоев в области отрицательных температур и наполовину промороженную кирпичную кладку. Убедитесь в этом самостоятельно, выполнив теплотехнический расчет стены. Напрашивающиеся выводы очевидны.

Уважающих труд автора прошу скачать файл с расчетом после подписки на анонсы статей в окне, размещенном наверху страницы или в окне в конце статьи!

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!

Теплотехнический расчет позволяет определить минимальную толщину ограждающих конструкций для того, чтобы не было случаев перегрева или промерзания в процессе эксплуатации строения.

Ограждающие конструктивные элементы отапливаемых общественных и жилых зданий, за исключением требований устойчивости и прочности, долговечности и огнестойкости, экономичности и архитектурного оформления, должны отвечать в первую очередь теплотехническим нормам. Выбирают ограждающие элементы в зависимости от конструктивного решения, климатологических характеристик района застройки, физических свойств, влажно-температурного режима в здании, а также в соответствии с требованиями сопротивления теплопередаче, воздухонипроницанию и паропроницанию.

В чем смысл расчета?

Если во время расчета стоимости будущего строения учитывать лишь прочностные характеристики, то, естественно, стоимость будет меньше. Однако это видимая экономия: впоследствии на обогрев помещения уйдет значительно больше средств.
Грамотно подобранные материалы создадут в помещении оптимальный микроклимат.
При планировке системы отопления также необходим теплотехнический расчет. Чтобы система была рентабельной и эффективной, необходимо иметь понятие о реальных возможностях здания.

Теплотехнические требования

Важно, чтобы наружные конструкции соответствовали следующим теплотехническим требованиям:

Имели достаточные теплозащитные свойства. Другими словами, нельзя допускать в летнее время перегрева помещений, а зимой - излишних потерь тепла.
Разность температур воздуха внутренних элементов ограждений и помещений не должна быть выше нормативного значения. В противном случае может произойти чрезмерное охлаждение тела человека излучением тепла на данные поверхности и конденсация влаги внутреннего воздушного потока на ограждающих конструкциях.
В случае изменения теплового потока температурные колебания внутри помещения должны быть минимальные. Данное свойство называется теплоустойчивостью.
Важно, чтобы воздухонепроницаемость ограждений не вызывала сильного охлаждения помещений и не ухудшала теплозащитные свойства конструкций.
Ограждения должны иметь нормальный влажностный режим. Так как переувлажнение ограждений увеличивает потери тепла, вызывает в помещении сырость, уменьшает долговечность конструкций.

Чтобы конструкции соответствовали вышеперечисленным требованиям, выполняют теплотехнический расчет, а также рассчитывают теплоустойчивость, паропроницаемость, воздухопроницаемость и влагопередачу по требованиям нормативной документации.

Теплотехнические качества

От теплотехнических характеристик наружных конструктивных элементов строений зависит:

Влажностный режим элементов конструкции.
Температура внутренних конструкций, которая обеспечивает отсутствие на них конденсата.
Постоянная влажность и температура в помещениях, как в холодное, так и в теплое время года.
Количество тепла, которое теряется зданием в зимний период времени.

Итак, исходя из всего перечисленного выше, теплотехнический расчет конструкций считается немаловажным этапом в процессе проектирования зданий и сооружений, как гражданских, так и промышленных. Проектирование начинается с выбора конструкций - их толщины и последовательности слоев.

Задачи теплотехнического расчета

Итак, теплотехнический расчет ограждающих конструктивных элементов осуществляется с целью:

Соответствия конструкций современным требованиям по тепловой защите зданий и сооружений.
Обеспечения во внутренних помещениях комфортного микроклимата.
Обеспечения оптимальной тепловой защиты ограждений.

Основные параметры для расчета

Чтобы определить расход тепла на отопление, а также произвести теплотехнический расчет здания, необходимо учесть множество параметров, зависящих от следующих характеристик:

Назначение и тип здания.
Географическое расположение строения.
Ориентация стен по сторонам света.
Размеры конструкций (объем, площадь, этажность).
Тип и размеры окон и дверей.
Характеристики отопительной системы.
Количество людей, находящихся в здании одновременно.
Материал стен, пола и перекрытия последнего этажа.
Наличие системы горячего водоснабжения.
Тип вентиляционных систем.
Другие конструктивные особенности строения.

Теплотехнический расчет: программа

На сегодняшний день разработано множество программ, позволяющих произвести данный расчет. Как правило, расчет осуществляется на основании методики, изложенной в нормативно-технической документации.

Данные программы позволяют вычислить следующее:

Термическое сопротивление.
Потери тепла через конструкции (потолок, пол, дверные и оконные проемы, а также стены).
Количество тепла, требуемого для нагрева инфильтрирующего воздуха.
Подбор секционных (биметаллических, чугунных, алюминиевых) радиаторов.
Подбор панельных стальных радиаторов.

Теплотехнический расчет: пример расчета для наружных стен

Для расчета необходимо определить следующие основные параметры:

t в = 20°C - это температура воздушного потока внутри здания, которая принимается для расчета ограждений по минимальным значениям наиболее оптимальной температуры соответствующего здания и сооружения. Принимается она в соответствии с ГОСТом 30494-96.

По требованиям ГОСТа 30494-96 влажность в помещении должна составлять 60%, в результате в помещении будет обеспечен нормальный влажностный режим.
В соответствии с приложением B СНиПа 23-02-2003, зона влажности сухая, значит, условия эксплуатации ограждений - A.
t н = -34 °C - это температура наружного воздушного потока в зимний период времени, которая принимается по СНиП исходя из максимально холодной пятидневки, имеющей обеспеченность 0,92.
Z от.пер = 220 суток - это длительность отопительного периода, которая принимается по СНиПу, при этом среднесуточная температура окружающей среды ≤ 8 °C.
T от.пер. = -5,9 °C - это температура окружающей среды (средняя) в отопительный период, которая принимается по СНиП, при суточной температуре окружающей среды ≤ 8 °C.

Исходные данные

В таком случае теплотехнический расчет стены будет производиться с целью определения оптимальной толщины панелей и теплоизоляционного материала для них. В качестве наружных стен будут использоваться сэндвич-панели (ТУ 5284-001-48263176-2003).

Комфортные условия

Рассмотрим, как выполняется теплотехнический расчет наружной стены. Для начала следует вычислить требуемое сопротивление теплопередачи, ориентируясь на комфортные и санитарно-гигиенические условия:

R 0 тр = (n × (t в - t н)) : (Δt н × α в), где

n = 1 - это коэффициент, который зависит от положения наружных конструктивных элементов по отношению к наружному воздуху. Его следует принимать по данным СНиПа 23-02-2003 из таблицы 6.

Δt н = 4,5 °C - это нормируемый перепад температуры внутренней поверхности конструкции и внутреннего воздуха. Принимается по данным СНиПа из таблицы 5.

α в = 8,7 Вт/м 2 °C - это теплопередача внутренних ограждающих конструкций. Данные берутся из таблицы 5, по СНиПу.

Подставляем данные в формулу и получаем:

R 0 тр = (1 × (20 - (-34)) : (4,5 × 8,7) = 1,379 м 2 °C/Вт.

Условия энергосбережения

Выполняя теплотехнический расчет стены, исходя из условий энергосбережения, необходимо вычислить требуемое сопротивление теплопередачи конструкций. Оно определяется по ГСОП (градусо-сутки отопительного периода, °C) по следующей формуле:

ГСОП = (t в - t от.пер.) × Z от.пер, где

t в - это температура воздушного потока внутри здания, °C.

Z от.пер. и t от.пер. - это продолжительность (сут.) и температура (°C) периода, имеющего среднесуточную температуру воздуха ≤ 8 °C.

Таким образом:

ГСОП = (20 - (-5,9)) ×220 = 5698.

Исходя из условий энергосбережения, определяем R 0 тр методом интерполяции по СНиПу из таблицы 4:

R 0 тр = 2,4 + (3,0 - 2,4)×(5698 - 4000)) / (6000 - 4000)) = 2,909 (м 2 °C/Вт)

R 0 = 1/ α в + R 1 + 1/ α н, где

d - это толщина теплоизоляции, м.

l = 0,042 Вт/м°C - это теплопроводность минераловатной плиты.

α н = 23 Вт/м 2 °C - это теплоотдача наружных конструктивных элементов, принимаемый по СНиПу.

R 0 = 1/8,7 + d/0,042+1/23 = 0,158 + d/0,042.

Толщина утеплителя

Толщина теплоизоляционного материала определяется исходя из того, что R 0 = R 0 тр, при этом R 0 тр берется при условиях энергосбережения, таким образом:

2,909 = 0,158 + d/0,042, откуда d = 0,116 м.

Подбираем марку сэндвич-панелей по каталогу с оптимальной толщиной теплоизоляционного материала: ДП 120, при этом общая толщина панели должна составлять 120 мм. Аналогичным образом производится теплотехнический расчет здания в целом.

Необходимость выполнения расчета

Запроектированные на основании теплотехнического расчета, выполненного грамотно, ограждающие конструкции позволяют сократить затраты на отопление, стоимость которого регулярно увеличиваются. К тому же сбережение тепла считается немаловажной экологической задачей, ведь это напрямую связано с уменьшением потребления топлива, что приводит к снижению воздействия негативных факторов на окружающую среду.

Кроме того, стоит помнить о том, что неправильно выполненная теплоизоляция способна привести к переувлажнению конструкций, что в результате приведет к образованию плесени на поверхности стен. Образование плесени, в свою очередь, приведет к порче внутренней отделки (отслаивание обоев и краски, разрушение штукатурного слоя). В особо запущенных случаях может понадобиться радикальное вмешательство.

Очень часто строительные компании в своей деятельности стремятся использовать современные технологии и материалы. Только специалисту под силу разобраться в необходимости применения того или иного материала, как отдельно, так и в совокупности с другими. Именно теплотехнический расчет поможет определиться с наиболее оптимальными решениями, которые обеспечат долговечность конструктивных элементов и минимальные финансовые затраты.