Что такое теплосопротивление стены

Стены

Изменение температуры
в однослойной стене

Изменение температуры
в двухслойной стене

Стены любого здания можно по праву считать его важнейшим конструктивным элементом. Выбор материала стен, часто, является первым шагом в начале строительства дома. Стены устанавливают требования к остальным элементам конструкции — фундаментам, перекрытиям, и т.д. Поэтому, определится с материалом стен лучше еще до начала возведения фундамента. Поступая наоборот, часто при отсутствии проекта, многие допускают достаточно распространенную ошибку, исправить которую бывает не просто. Для правильного выбора материала и конструкции стен следует детально рассмотреть их свойства и характеристики.

Теплоизоляция стен

Существует два основных варианта конструкции наружных стен, обеспечивающих требуемую теплозащиту.

В первом случае необходимое сопротивление теплопередаче обеспечивает сам материал несущей стены за счет своей толщины. Такая стена является однослойной и не предполагает дополнительного утепления. Изменение температуры внутри такой стены (от наружной к внутренней) происходит равномерно.

Во втором случае стеновая конструкция представляет собой внутреннюю несущую стену, с наружной обшивкой эффективным теплоизоляционным материалом. Особенностью такой многослойной стены является разделение конструкционной и теплоизоляционной функции между разными материалами. В такой ситуации, наиболее эффективным и правильным является именно наружное расположение утеплителя. Несущая стена в этом случае не подвержена промерзанию, что повышает ее долговечность.

Внутреннее расположение утеплителя противопоказано для домов с постоянной эксплуатацией. Утеплитель расположенный изнутри, отсекает тепло, исходящее из помещения, и основная несущая стена оказывается в зоне отрицательных температур. В результате неблагоприятного режима эксплуатации, происходит ускоренный износ конструкций и сокращение срока службы всего строения.

Тем не менее, внутреннее утепление оправдано в постройках, требующих периодического быстрого прогрева помещения, к примеру, в банях. В крайнем случае, внутреннее утепление применяют, если наружное расположение утеплителя невозможно по каким либо причинам. В ситуации, когда теплоизоляционный слой располагается изнутри, со стороны помещения он обязательно должен быть защищен слоем пароизоляции.

Качество теплоизоляции стен зависит не только от расчетных теплоизоляционных параметров материалов, но и от их текущей влажности. Сопротивление теплопередаче влажного материала значительно ниже, чем у сухого. В связи с этим необходимы меры по обеспечению как можно более сухого режима эксплуатации не только стеновых, но и всех прочих ограждающих конструкций. Одной из причин увлажнения конструкций является конденсация водяных паров на поверхностях и в толще материалов при температуре точки росы.

В случае если стена снаружи штукатурится, то все слои наружной отделки, должны обеспечивать паропроницаемость не меньше, чем сам материал стены. В противном случае, сконденсированная внутри влага приведет к ускоренному разрушению стены и отслаиванию штукатурного слоя.

Теплопроводность материалов в сухом состоянии

Теплотехнический расчет стен

Пожалуй, самый распространенный вопрос при выборе материала и толщины стен — будет ли теплой данная конструкция. Ответить на этот вопрос гораздо проще, чем может показаться на первый взгляд, даже если речь идет о многослойной стене.

Каждый материал имеет свой коэффициент теплопроводности λ (лямбда) — Вт/(м2*С°), отражающий насколько интенсивно материал проводит тепло. Чем меньше значение коэффициента, тем меньше теплопроводность материала, соответственно стена из него будет утеплена лучше.

Следует отметить, что коэффициент теплопроводности зависит от текущей влажности материала. Если материал влажный, то его теплопроводность выше и наоборот. Поэтому реальный коэффициент теплопроводности в условиях естественной влажности выше, чем у материала в сухом состоянии. Строительные нормы определяют два режима эксплуатации — А и Б, которые зависят от климатической влажности региона строительства, и влажности в помещениях. А — режим нормальной влажности. Б — режим повышенной влажности. Теплопроводность материалов в режиме А примерно на 20-25% выше, по сравнению с его теплопроводностью в сухом состоянии. В режиме Б — примерно на 35-40%.

Каждая стена, в зависимости от толщины и материала из которого она сделана, обладает определенной теплоизоляционной способностью, которую называют сопротивлением теплопередаче R м2*С°/Вт. или термическим сопротивлением. Чем выше сопротивление теплопередаче (теплосопротивление) стен и прочих конструкций, тем лучше утеплен дом и меньше затраты на его отопление. Требуемое теплосопротивление R, которое должна иметь стена в каждом случае, зависит от региона котором идет строительство. Конкретное значение для каждого города, можно посмотреть в таблице расположенной ниже.

Теплосопротивление однослойной стены рассчитывается по простой формуле:

R — Теплосопротивление однослойной стены.
δ (дельта) — толщина слоя в метрах.
λ — коэффициент теплопроводности материала, из которого состоит слой.

Если стена состоит из нескольких слоев, то теплосопротивление каждого слоя рассчитывается отдельно, а полученные значения складываются:

R стены = R первого слоя + R второго слоя + R третьего слоя.

Теперь рассмотрим все это на примере. Допустим у нас есть стена, которая состоит из трех слоев — газобетонные блоки 30см, минераловатный утеплитель 10см, и кирпичная облицовка в полкирпича 12см. Коэффициенты теплопроводности этих материалов в сухом состоянии составляют —
газобетон — 0,14; утеплитель — 0,04; кирпич — 0,56.
В режиме эксплуатации А, эти коэффициенты составят примерно на 20-25% больше —
газобетон — 0,16; утеплитель — 0,045, кирпич — 0,7

Расчеты выглядят следующим образом:
R 1 — газобетона = 0,3м / 0,16 = 1,87
R 2 — утеплителя = 0,1м / 0,045 = 2,22
R 3 — кирпича = 0,12м / 0,7 = 0,17

Таким образом общее сопротивление теплопередаче данной стеновой конструкции в режиме эксплуатации А составит:

R стены = 1,87 + 2,22 + 0,17 = 4,26 м2*С°/Вт.

Не вдаваясь в расчеты отметим, что эта же стена в режиме эксплуатации Б обеспечит теплосопротивление 3,51 м2*С°/Вт. Сравнив полученные значения с табличными, можно принять решение о соответствии, той или иной конструкции требуемым нормам.

Расчетные сопротивления теплопередачи стен в регионах России

Точка росы

График точки росы

Окружающий нас воздух всегда обладает определенной влажностью, то есть содержит какое-то количество водяного пара, измеряемое в процентах. Это количество называется относительной влажностью. Относительной она названа потому, что один и тот же объем воздуха может содержать разное максимальное количество водяных паров, в зависимости от температуры. То есть, чем теплее воздух, тем больше пара он может содержать. Максимальной величиной относительной влажности, является 100 процентов.

Если температура воздуха меняется, то меняется и его относительная влажность. При охлаждении воздуха влажность растет, а при нагревании уменьшается. Таким образом, если во время охлаждения воздух достигает влажности 100%, то начинается конденсация, содержащегося в нем водяного пара. Температура, при которой это происходит, называется точкой росы. Важно понимать, что температура точки росы всегда различна и зависит от исходного состояния воздуха, его влажности и температуры. Давление водяного пара внутри помещения, как правило, больше, чем снаружи, поэтому он стремится выйти сквозь стены на улицу.

Теперь рассмотрим описанный процесс в действии. К примеру, предположим, что у нас есть помещение с температурой воздуха в нем 20 °С и влажностью 50%. А снаружи помещения температура воздуха составляет -10 °С. Соответственно, внутри стены будет происходить плавное изменение температуры от 20 °С на внутренней плоскости стены до -10 °С на наружной стороне.(На самом деле температура поверхностей стен будет отличатся от температуры воздуха, с которым они соприкасаются, но мы упростили эту разницу для наглядности).

Воздух, проходя сквозь стену изнутри наружу, будет постепенно охлаждаться, вследствие чего, его относительная влажность будет повышаться. В какой-то момент, по мере прохождения сквозь стену, его температура опустится до температуры точки росы, а влажность вырастет до 100%. Для воздуха с исходными параметрами 20 °С и влажностью 50%, точка росы соответствует 9,3 °С. В толще стены, где меняющаяся температура принимает данное значение, будет происходить конденсация водяного пара.

Следует однако уточнить, что чрезмерная конденсация, которая грозит ускоренным разрушением стены, происходит лишь тогда, когда пар проходя через слои с одной паропроницаемостью, встречает на своем пути слой с меньшей паропроницаемостью. В этом случае давление пара перед этим слоем возрастает, конденсация происходит интенсивнее, а дальнейшее испарение влаги затруднено.

У однослойных стены обладающих равномерным паропроницанием, несмотря на внутреннее расположение точки росы, при невысокой влажности в помещении и на воздухе, конденсация незначительна. Если же стены эксплуатируются в условиях повышенной влажности помещений, то конденсация будет больше, а ее негативные последствия станут ощутимы.

У многослойных стен с наружным эффективным утеплителем, точка росы должна располагается внутри. Для защиты утеплителя от намокания, со стороны улицы, устраивают вентзазор, благодаря чему, конденсирующаяся влага вовремя испаряется.

Прочность стен

Стены домов возводятся из множества разнообразных материалов, каждый из которых обладает индивидуальными свойствами, в том числе имеют различную прочность. Под прочностью стен, обычно понимают максимальную нагрузку на сжатие, которую может выдержать материал без разрушения. Частное строительство является малоэтажным, и поэтому не предъявляет повышенных требований к прочности материалов по сравнению с многоэтажным. То есть абсолютное большинство материалов подходят для строительства индивидуального жилья. В тоже время, даже при строительстве одноэтажного дома, из материалов с малой прочностью, к числу которых относятся многие легкие бетоны, требуются дополнительные меры по усилению несущих стен, в виде армирования и устройства монолитных железобетонных поясов под перекрытиями и крышей.

Теплоёмкость стен

Чем больше теплоёмкость стен, тем больше времени нужно на их прогрев и остывание. В случае, если дом предназначен для постоянного проживания это будет играть положительную роль. Изменения температуры в помещении будут незначительны, несмотря на особенности работы отопления или перепады температуры окружающей среды. Если же дом предназначен для сезонного или временного пребывания, эффект может быть обратный. На нагрев может понадобиться значительное время.

Масса стен

Чем тяжелее материал стен, тем более высокие требования предъявляются к фундаменту. К примеру, строительство фундамента под тяжелые кирпичные стены обойдется дороже, чем фундамент тех же размеров под бревенчатый или легкий каркасный дом.

Источник

Рассчет теплопроводности стен: таблица теплосопротивления материалов

Во многих случаях при выборе материала для строительства дома мы не вникаем, каково теплосопротивление строительных материалов, а полагаемся на «народные» методики. Самые популярные из них: «как у соседа», «как раньше», «смотри, какой толстый слой», и – венец искусства – «вроде, должно быть нормально». Что ж, ваш дом – вам и решать, какому методу отдать предпочтение. Но чтобы точно ответить на вопрос, достаточно ли тепло будет в вашем доме зимой (и достаточно ли прохладно в летний зной), нужно знать теплосопротивление стены. Откуда его можно узнать, как считать теплопроводность стены и как это поможет при ответе на ваш вопрос? Давайте разберемся по порядку.

Итак, немного теории, чтобы определиться с терминами и понять, как рассчитать теплосопротивление стены.

Если внутри тела имеется разность температур, то тепловая энергия переходит от более горячей его части к более холодной. Такой вид теплопередачи, обусловленный тепловыми движениями и столкновениями молекул, называется теплопроводностью.
Итак, теплопроводность – это количественная оценка способности конкретного вещества проводить тепло.
Теплосопротивление – величина обратная теплопроводности. (Хорошо проводит тепло – значит, слабо теплу сопротивляется. Следовательно, обладает высокой теплопроводностью и низким теплосопротивлением).
То есть, при строительстве лучше использовать материалы с низкой теплопроводностью (высоким теплосопротивлением) для лучшего сохранения тепла.

Как рассчитать теплопроводность стены?

Чтобы рассчитать теплосопротивление слоя нужно его толщину в метрах разделить на коэффициент теплосопротивления материалов, из которых он выполнен.
Как рассчитать коэффициент теплопроводности? Эти расчеты делаются в лабораторных условиях. Тем не менее, узнать его несложно: нормальный производитель всегда предоставляет эти данные, указан он и в СНиПе в разделе «Строительная теплотехника», правда, там представлены не все современные материалы. Если вы хотите знать теплосопротивление материалов, таблица с некоторыми из них представлена на данной странице.

Как пользоваться коэффициентом теплопроводности? В СНИПе указано два режима эксплуатации А и Б. Режим А подходит для сухих помещений (влажность меньше 50%) и для районов, удаленных от морских берегов. Для московского региона, например, подходит режим А. Таким образом, теплосопротивление стен по регионам может отличаться.

Теплосопротивление слоя =	толщина слоя (м)
	Коэффициент теплопроводности материала ( )

Теплосопротивление многослойной конструкции считается как сумма теплосопротивлений каждого слоя. (В случае с одним слоем все просто – его теплосопротивление и будет теплосопротивлением всей конструкции.)

Теплосопротивление конструкции = теплососпротивление слоя 1 + теплосоротивление слоя 2 + и т.д.

Единицы измерения теплосопротивления —

Рассмотрим, как рассчитать толщину стены по теплопроводности на конкретных примерах.

Пример 1

Стена толщиной в полтора кирпича, или, если перевести в международную систему измерения, 0,37 метра (37 сантиметров). Как посчитать теплопроводность стены?

Все, кто имел опыт работы с кирпичом, знают, что кирпич может быть разным. И коэффициент теплопроводности кирпичной кладки, соответственно, тоже разный. Кроме того, теплопроводность кирпичной стены на обычном цементно-песчаном растворе будет ниже, чем коэффициент отдельного кирпича. Как посчитать коэффициент теплопроводности стены в таком случае? Для расчетов будет правильно использовать именно значение для кладки.

Вид кирпича	Коэффициент теплопро- водности*,	Кирпичная кладка на цементно-песчаном растворе, плотность 1800 кг/м³*	Теплосопроти- вление стены толщи- ной 0,37 м,
Красный глиняный (плотность 1800 кг/м³)	0,56	0,70	0,53
Силикатный, белый	0,70	0,85	0,44
Керамический пустотелый (плотность 1400 кг/м³)	0,41	0,49	0,76
Керамический пустотелый (плотность 1000 кг/м³)	0,31	0,35	1,06

(*из межгосударственного стандарта ГОСТ 530-2007)

Итак, мы убедились, что не все кирпичи одинаковы. И теплопроводность кирпичной кладки в зависимости от вида кирпича может отличаться в 2 раза. Ваш дом из какого кирпича? А мы рассмотрим самый лучший результат (плотность кирпичной кладки полтора керамических пустотелых кирпича). В данном случае теплосопротивление кирпича 1,06 . Запомним результат и перейдем к следующему примеру.

Пример 2

Допустим, мы хотим построить дачный домик из бруса сечением 15 см. Снаружи и изнутри отделаем вагонкой. Что получим? Коэффициент теплосопротивления дерева поперек волокон (данные из СНиПов) составляет 0,14 . Теперь делаем расчет теплосопротивления стены: толщину материала разделим на коэффициент теплопроводности.

Для бруса (это 0,15 м дерева) теплосопротивление составит (0,15/0,14) 1,07 .

Для вагонки (толщина 20 мм или 0,02 м) – 0,143 . Да, вагонка с двух сторон, значит 0.143 х 2 = 0,286 . Справедливости ради заметим, что на практике теплосопротивлением вагонки чаще всего пренебрегают, так как на стыках она имеет еще меньшую толщину, следовательно, меньшее теплосопротивление материала.

Запомним общее расчетное теплосопротивление стены из 15-исантиметрового бруса, обшитого изнутри и снаружи вагонкой, –
1,356 .

Чтобы не было необходимости делать расчёт теплосопротивления стены для каждого материала, в приведенной здесь таблице мы собрали данные по теплосопротивлению материалов, часто используемых при строительстве домов.

Таблица теплосопротивления материалов

Материал	Толщина материала (мм)	Расчетное теплосо- противлениеа (м² * °С / Вт)
Брус	100	0,71
Брус	150	1,07
Кладка из красного кирпича (плотность 1800 кг/м³)	380 (полтора кирпича)	0,53
Кладка из белого силикатного кирпича	380 (полтора кирпича)	0,44
Кладка из керамического пустотелого кирпича (плотность 1400 кг/м³)	380 (полтора кирпича)	0,76
Кладка из керамического пустотелого кирпича (плотность 1000 кг/м³)	380 (полтора кирпича)	1,06
Кладка из красного кирпича (плотность 1800 кг/м³)	510 (два кирпича)	0,72
Кладка из белого силикатного кирпича	510 (два кирпича)	0,6
Кладка из керамического пустотелого кирпича (плотность 1400 кг/м³)	510 (два кирпича)	1,04
Кладка из керамического пустотелого кирпича (плотность 1000 кг/м³)	510 (два кирпича)	1,46
Кладка на клей из газо- пенобетонных блоков (плотность 400 кг/м³)	200	1,11
Кладка на клей из газо- пенобетонных блоков (плотность 600 кг/м³)	200	0,69
Кладка на клей керамзитобетонных блоков на керамзитовом песке и керамзитобетоне (плотность 800 кг/м³)	200	0,65
Теплоизоляционные материалы
Плиты из каменной ваты ROCKWOOL ФАСАД БАТТС	50	1,25
Ветрозащитные плиты Изоплат	25	0,45
Теплозащитные плиты Изоплат	12	0,27

Снова обратимся к СНиПам: теплосопротивление наружной стены, например, в Московской области должно быть не меньше 3 . Помните цифры, которые мы получили? В Российской Федерации нет районов, для которых эта величина составляла хотя бы 1,5 (не говоря уже о значениях еще ниже). Для сравнения приведем такие данные: в Германии эта норма определена не менее 3,4 , в Финляндии — не менее 5 (это, разумеется, уже не по нашим СНиПам, а по их регламентирующим документам).

Эти требования — для домов постоянного проживания. Если дом (как написано в СНиПах) предназначен для сезонного проживания, либо отапливается менее 5 дней в неделю, эти требования на него не распространяются.
Итак мы можем сделать вывод, что в домах со стенами в 1,5 кирпича, либо из бруса в 15 см проживать постоянно… нежелательно. Но ведь живем же! Да, только цена отопления 1 м³ из года в год становится все выше. Со временем все домовладельцы перейдут к эффективному утеплению домов — экономические соображения заставят заранее рассчитать теплопроводность стены и выбрать наилучшее техническое решение.

Источник