Расчет толщины для наружных стен жилого дома
Часть 1. Сопротивление теплопередаче – первичный критерий определения толщины стены
Чтобы определится с толщиной стены, которая необходима для соответствия нормам энергоэффективности, рассчитывают сопротивление теплопередаче проектируемой конструкции, согласно раздела 9 «Методика проектирования тепловой защиты зданий» СП 23-101-2004.
Сопротивление теплопередаче – это свойство материала, которое показывает, насколько способен удерживать тепло данный материал. Это удельная величина, которая показывает насколько медленно теряется тепло в ваттах при прохождении теплового потока через единичный объем при перепаде температур на стенках в 1°С. Чем выше значение данного коэффициента – тем «теплее» материал.
Все стены (несветопрозрачные ограждающие конструкции) считаются на термоспротивление по формуле:
δ – толщина материала, м;
Полученную величину Rобщ сравнивают с табличным значением в СП 23-101-2004.
Чтобы ориентироваться на нормативный документ необходимо выполнить расчет количества тепла, необходимого для обогрева здания. Он выполняется по СП 23-101-2004, получаемая величина «градусо·сутки». Правила рекомендуют следующие соотношения.
Таблица 1. Уровни теплозащиты рекомендуемых ограждающих конструкций наружных стен
Сопротивление теплопередаче (м 2 ·°С/Вт) / область применения (°С·сут)
Двухслойные с наружной теплоизоляцией
Трехслойные с изоляцией в середине
С невентили- руемой атмосферной прослойкой
С вентилируемой атмосферной прослойкой
Керамзитобетон (гибкие связи, шпонки)
Блоки из ячеистого бетона с кирпичной облицовкой
Полученные результаты необходимо сверить с нормами п. 5. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».
Также следует учитывать климатические условия зоны, где возводится здание: для разных регионов разные требования из-за разных температурных и влажностных режимов. Т.е. толщина стены из газоблока не должна быть одинаковой для приморского района, средней полосы России и крайнего севера. В первом случае необходимо будет скорректировать теплопроводность с учетом влажности (в большую сторону: повышенная влажность снижает термосопротивление), во втором – можно оставить «как есть», в третьем – обязательно учитывать, что теплопроводность материала вырастет из-за большего перепада температур.
Часть 2. Коэффициент теплопроводности материалов стен
Коэффициент теплопроводности материалов стен – эта величина, которая показывает удельную теплопроводность материала стены, т.е. сколько теряется тепла при прохождении теплового потока через условный единичный объем с разницей температур на его противоположных поверхностях в 1°С. Чем ниже значение коэффициента теплопроводности стен – тем здание получится теплее, чем выше значение – тем больше придется заложить мощности в систему отопления.
По сути, это величина обратная термическому сопротивлению, рассмотренному в части 1 настоящей статьи. Но это касается только удельных величин для идеальных условий. На реальный коэффициент теплопроводности для конкретного материала влияет ряд условий: перепад температур на стенках материала, внутренняя неоднородная структура, уровень влажности (который увеличивает уровень плотности материала, и, соответственно, повышает его теплопроводность) и многие другие факторы. Как правило, табличную теплопроводность необходимо уменьшать минимум на 24% для получения оптимальной конструкции для умеренных климатических зон.
Часть 3. Минимально допустимое значение сопротивления стен для различных климатических зон.
Минимально допустимое термосопротивление рассчитывается для анализа теплотехнических свойств проектируемой стены для различных климатических зон. Это нормируемая (базовая) величина, которая показывает, каким должно быть термосопротивление стены в зависимости от региона. Сначала вы выбираете материал для конструкции, просчитываете термосопротивление своей стены (часть 1), а потом сравниваете с табличными данными, содержащимися в СНиП 23-02-2003. В случае, если полученное значение окажется меньше установленного правилами, то необходимо либо увеличить толщину стены, либо утеплить стену теплоизоляционным слоем (например, минеральной ватой).
Согласно п. 9.1.2 СП 23-101-2004, минимально допустимое сопротивление теплопередаче Rо (м 2 ·°С/Вт) ограждающей конструкции рассчитывается как
R1=1/αвн, где αвн – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м 2 × °С), принимаемый по таблице 7 СНиП 23-02-2003;
R3 – общее термосопротивление, расчет которого описан в части 1 настоящей статьи.
При наличии в ограждающей конструкции прослойки, вентилируемой наружным воздухом, слои конструкции, расположенные между воздушной прослойкой и наружной поверхностью, в этом расчете не учитываются. А на поверхности конструкции, обращенной в сторону вентилируемой воздухом снаружи прослойки, следует принимать коэффициент теплоотдачи αвнеш равным 10,8 Вт/(м 2 ·°С).
Таблица 2. Нормируемые значения термосопротивления для стен по СНиП 23-02-2003.
Жилые здания для различных регионов РФ
Градусо-сутки отопительного периода, D, °С·сут
Астраханская обл., Ставропольский край, Краснодарский край
Белгородская обл., Волгоградская обл.
Алтай, Красноярский край, Москва, Санкт Петербург, Владимирская обл.
Утепление брусового дома каменной ватой. Личный опыт
Выбираете энергоэффективные решения?
Обратите внимание на геотермальные тепловые насосы FORUMHOUSE
Геотермальный тепловой насос EU (старт/стоп)
Геотермальный тепловой насос IQ (псевдоинвертор)
Геотермальный тепловой насос IQ (инвертор)
Зачастую мечты о строительстве полностью деревянного, например, брусового дома, наталкиваются на суровую реальность в виде присущих нашей стране неблагоприятных климатических условий. Суровые зимы, сильные морозы, дождливые осень и весна заставляют искать способы, как утеплить и защитить фасад деревянного дома от осадков.
Строительная практика показывает, что стены, сложенной из бруса сечением 150х150 или 200х200 мм, по нормам теплосопротивления недостаточно для круглогодичного проживания. Дом со стенами такой толщины можно рассматривать только как строение для сезонного «дачного» проживания (не берём в расчёт юг России). Поэтому застройщики ищут способы, как утеплить деревянный дом и в дальнейшем сэкономить на отоплении.
В связи с этим интересен опыт пользователя FORUMHOUSE с ником ZlojGenij утепления брусового дома каменной ватой и дальнейшей отделки фасада металлосайдингом.
Из этой статьи вы узнаете:
Почему необходимо дополнительно утеплить деревянный дом
Дерево, наряду с обычным полнотелым керамическим кирпичом, по праву считается общестроительным и универсальным материалом. Сложно найти дом, даже каменный, где бы не использовался брус. Этому способствует широкая распространённость и относительная (в зависимости от региона проживания) доступность древесины.
Но человеку, решившему построить дом из бруса для ПМЖ, следует приготовиться к тому, что его придётся дополнительно утеплять.
За эти годы пришлось конопатить два раза первый этаж, и один раз – второй. По словам ZlojGenij, он понял, что откладывать утепление и отделку дома больше нельзя, когда дождливой осенью по одной из внутренних стен дома начали стекать капли воды.
Это произошло из-за того, что в течение двух дней в стену хлестал горизонтальный дождь. Неприятности можно избежать, если во время строительства «коробки» снять верхнюю кромку бруса рубанком. Таким образом, снаружи верхний брус станет нависать над нижним, и вода не попадёт в дом, стекая по стене.
Тем не менее, это полумеры. Поэтому в 2015 году пользователь засел за разработку плана утепления. Задача состояла в том, чтобы довести теплосопротивление стен до нормируемого значения, а значит — выбрать оптимальную и экономически обоснованную толщину утеплителя.
Теплотехнический расчёт стен брусового дома
Забегая вперёд, скажем, что ZlojGenij посчитал достаточным довести коэффициент сопротивления теплопередачи стен до величины в 3.4 (м²*°С)/Вт (для Перми, по новому СНиП, необходимое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций должно составлять 3.64 (м²*°С)/Вт). Для этого брус толщиной в 15 см пользователь решил утеплить каменной ватой, толщиной 10 см.
Для наглядности произведём упрощённый теплотехнический расчёт и выясним, какая толщина теплоизоляции требуется деревянному дому, построенному из бруса, пиленного из сосны или ели, для Московской области.
Итак, задаём исходные значения:
Важные нюансы: в таблицах коэффициент теплопроводности для древесины указывается по двум направлениям — вдоль волокон (по длине бруса) и поперёк волокон. Коэффициент теплопроводности сосны/ели вдоль волокон практически в 2 раза выше, чем поперёк (0.29 Вт/(м·°C), против 0.14 Вт/(м·°C)). Это надо учитывать при расчёте, т.к., чем меньше коэффициент теплопроводности материала, тем теплее стены.
Кроме этого, на коэффициент теплопроводности деревянной стены влияет количество влаги, содержащееся в материале. Древесина имеет естественную влажность, обусловленную её структурой. В свежеспиленной древесине процент влаги больше, чем в высушенной. Также запомним, что при эксплуатации деревянного дома стены постоянно подвергаются негативному воздействию отрицательных погодных явлений – снега и дождя. Значит — снижается термическое сопротивление стен.
Причём колебания коэффициента теплопроводности древесины происходят сезонно. Например, осенние затяжные дожди приведут к дополнительному влагонасыщению незащищённых стен брусового дома, что напрямую влияет на теплоизоляционные свойства ограждающей конструкции.
Вывод: требуется дополнительное утепление и защита деревянных стен от атмосферных факторов. Для сравнения приведём коэффициенты теплопроводности сосны/ели поперёк волокон для трёх состояний: (1) в сухом, (2) обычных условиях эксплуатации (мы используем их для расчёта), (3) во влагонасыщенном состоянии:
Выполняем теплотехнический расчёт по формуле:
Rф = 0.15/0.14 = 1.071 (м²*°С)/Вт
Напомним, что необходимое сопротивление теплопередаче для Московской области составляет 3.28 (м²*°С)/Вт.
Теперь находим разницу между фактическим (Rф) и нормируемым (Rн) значениями теплосопротивления брусового дома.
Т.е. брусовые «холодные» стены не дотягивают до нормы на величину найденного выше значения. Есть два варианта выхода из этого положения: ничего не делать и просто платить больше за отопление, фактически выбрасывая деньги на улицу, особенно при отсутствии магистрального газа. Второе – утеплить стены и смонтировать навесной вентилируемый фасад.
Каким материалом надо утеплять деревянный дом
Прежде чем мы рассчитаем необходимую толщину утеплителя, остановимся на особенностях утепления деревянного дома.
Дерево является паропроницаемым материалом. Из-за разницы между внутренним и наружным давлением, обусловленной разницей между наружной температурой холодного воздуха и температурой внутри нагретых помещений (особенно зимой), водяной пар из дома устремится наружу сквозь стены.
Если снаружи деревянный дом утеплён паронепрозрачным материалом (например, ЭППС, экструзионным пенополистиролом) или, как делают некоторые «специалисты» — оборачивают дома снаружи, под монтаж сайдинга, фольгированным изолоном (фольга отличный пароизолятор), на выходе получается целый букет проблем. Основные из которых: отсыревание деревянных стен, т.к. влага не может выйти наружу, упёршись во внешний пароизоляционный слой, дальнейшее загнивание и разрушение древесины, появление плесени и грибка внутри помещений.
В чем заключается особенность навесного вентилируемого фасада
Второй важный момент: недостаточно просто утеплить брусовый дом каменной ватой. Надо обеспечить вентиляцию, за счёт которой водяной пар, попавший изнутри в утеплитель, будет удаляться, проходя через паропроницаемую влаговетрозащитную мембрану (выпускающую водяной пар на «улицу», но не дающей атмосферной влаге снаружи попасть в минеральную вату, т.к. молекулы водяного пара и воды имеют разный размер), которой следует защитить утеплитель снаружи. Для этого монтируется навесной фасад, например, из сайдинга, или имитации бруса и обязательно устраивается вентиляционный зазор около 40-50 мм. Таким образом, влага выветривается, кроме этого, мембрана защищает утеплитель от ветра и выноса частичек материала, а также препятствует продуванию стен.
Если прикрепить сайдинг вплотную к утеплителю, то излишки влаги не смогут своевременно удалиться из пирога стены, что со временем приведёт к необходимости дорогостоящего ремонта всей конструкции.
Теперь производим окончательный расчёт и находим толщину минераловатного утеплителя, с помощью которого компенсируется разница между фактическим и нормируемым теплосопротивлением.
Итак:
d = 2.209 * 0.042 = 0.092 м
Переводим в см и округляем до целого значения (учитывая номенклатуру толщин выпускаемой теплоизоляции) и получаем требуемый теплоизоляционный слой толщиной в 10 см.
Итак, для утепления брусового дома в Московской области требуется смонтировать на стены каменную вату толщиной 100 мм.
В завершении первой части статьи расскажем об ощущениях пользователя после того, как он утеплил брусовый дом.
Конечно, брусовой стены толщиной всего в 15 см — это очень мало для Пермского края. В этом году зима была холоднее, чем предыдущая, но газа на отопление, после того как я утеплил дом, ушло меньше. Мои наблюдения: если раньше, до утепления, при минус 40 градусах на улице температура стены не поднималась выше +18 °C, при поддержании в доме + 24 °C, то после утепления топить пришлось меньше, и я уменьшил температуру теплоносителя с прежних 75 градусов (в морозы) до 60 °C, а температура стены внутри стала +22 °C. Летом, в доме, также улучшился микроклимат, а стены меньше нагреваются от солнца.
О технических нюансах утепления каменной ватой брусового дома и особенностях монтажа металлосайдинга мы расскажем во второй части статьи. Следите за обновлениями на портале!
