Утепляем стены. Выбор материала. Точные тепловые расчеты ограждающих конструкций.

Рис. 1. Основные потоки тепла которые учитываются при тепловых расчетах.

Точные тепловые расчеты ограждающих конструкций построек сложны, их лучше доверить специалистам. Но примерный тепловой расчет может помочь застройщику при выборе конструкции будущего дома, прикинуть мощность отопительной системы и грубо оценить затраты на отопление жилища.

Сегодня речь пойдет о типичных для наших условий строительных материалах, используемых для возведения ограждающих конструкций.

Переход тепла из помещении дома на улицу происходит в три этапа: конвекция воздуха в комнатах к внутренним поверхностям наружных стен, теплопроводностью сквозь толщу ограждения и движением воздуха от наружной поверхности ограждения в атмосферу.

Полное сопротивление теплопередаче вычисля по формуле: Rо=1/αв + Rк+1/αн  (1)

αв— коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности [Вт/м2°С],

Rк— термическое сопротивление ограждающей конструкции [м2°С/Вт],

αн— коэффициент теплоотдачи наружной поверхности (зимой). Значения входящих в формулу компонентов определяют по таблицам.

Полное сопротивление теплопередаче ограждения Rо используют во всех епловыхых расчетах. Оно должно быть не менее заданного при проектировании,но чем больше — тем лучше. В соответствии со  СНиП рекомедуется рассчитывать минимальное значение Rо исходя из условий: комфортности и энергопотребления.

Условия комфортности.

Температура внутренней поверхности ограждения не должна сильно отличатся от температуры воздуха в помещении. Разница должна быть меньше заданного  значения tн — нормируемого тампературного перепада. Чем больше тепловое сопротивление ограждения, тем выше температура на его внутренней поверхности.

Для стен tн = 4°С. При этом на стенах не образуется конденсат.

Из школьного курса физики вспомним понятие “точка росы”, характеризующее такое соотношение температуры и влажности воздуха, при котором на более холодной поверхности конденсируется вода из воздуха (запотевание посуды, вынутой из холодильника, заиндевевшие стекла автобуса в холодную погоду и т.д.). Выпадающий конденсат снижает значение Во и сокращает срок службы стен.

Для цокольных перекрытий tн = 2°С.

Такой перепад заложен для поддержания оптимальной температуры пола в помещении — обеспечения необходимого уровня комфорта.

Для чердачных перекрытий tн = 3°С.

Воздух, поднимающийся к потолку, не должен слишком сильно отдавать тепло через перекрытие на неутепленный чердак. В течение десятилетий задание нормируемого температурного перепада было единственным условием при тепловых расчетах, причем tн для стен, цокольных и чердачных перекрытий имело значения соответственно 6 °С, 2 °С и 4 °С (по старым требованиям СНиП).

Посмотрим, как распределены температуры в толще сплошной стены при стандартных условиях в Москве и Подмосковья (рис. 2 — 6). Точками а, б, в, г обозначены характерные точки перегиба графиков.

Рис. 2 Распределение температуры в толще стены из глинянного кирпича для условий Москвы и Подмосковья

Для упрощения распределения температуры показаны в виде отрезков прямых, то есть коэффициенты теплопроводности материалов стен приняты постоянными и не зависящими от температуры и влажности.

Характерные точки графиков:а- 18°С — температура воздуха в помещении;

б — температура внутренней поверхности стены,

в — температура внешней поверхности стены;

г – = -26°С — расчетная температура наружного воздуха.

Здесь же приведены расчетные значения тепловых сопротивлений конструкции  для стен с заданными толщиной и материалом. Обратим внимание, что чем больше значения термосопротивления конструкции , тем выше температура в точке б внутренней поверхности стены дома.

Это важно для определения точки росы в помещении, а на практике определяет, появится ли на стене конденсат (влага из воздуха), то есть будет ли стена сырой или нет. Влажность воздуха внутри помещений принята равной 55%, а температура воздуха =18°С. Тогда расчетное значение точки росы будет равно =9,1°С.

На всех стенах (кроме рис.2,6) температура в точке б выше, чем 9,1°С, поэтому влага на них конденсироваться не будет, стены будут сухим и. На кирпичной стене толщиной 250 мм (рис.2,6) температура в точке б равна 7,0 °С, то есть ниже 9,1 °С. На поверхности появится конденсат, стена будет отсыревать. Сравнив рассчитанные значения термосопротивлений Рк представленных фрагментов стен , увидим, что материалы стен на рис.4,6 по значениям  отвечают новым требованиям СНиП из условия комфортности

Стены, изображенные на рис.2,а; 3,6; 5 по значениям  удовлетворяют старым требованиям СНиП, действовавшим до 1996 года.

Дом с конструкцией и материалом стен, показанным на рис.З.а пригоден для сезонного проживания (осенью или весной), а со стенами, изображенными на рис.2,6 — только для хозпостроек и гаражей. Для того, чтобы стены кирпичного дома отвечали новым требованиям СНиП по величине термического сопротивления  и были минимальны по толщине, их надо утеплять.

Не лишним окажется тепловой расчет и при покупке готового дома. На конкретном примере автор сравнивает два варианта утепления (обычное и энергосберегающее) одного и того же дома.Посмотрим довольно  распрострастраненный в Подмосковье тип дачного дома.

(Рис. 1)

Чтобы количественно оценить стоимость эксплуатации дома, а точнее наиболее весомой части – отопления, возьмем одну и туже  планировку дома, размеры и расположение на участке, но ограждающие конструкции двух вариантов.

Вариант 1.

Наиболее распространенная конструкция ( Рис. 3,а,б,в): стены из брусьев сечением 150×150 мм,обшитые с двух сторон вагонкой; перекрытия утеплены минватой толщиной 50 мм.Термическое сопротивление ограждений этого дома отвечает требованиям СНиП по условию комфортности.

Рис. 3 (а,б,в)

Вариант 2. (энергосберегающий дом)

Энергосберегающий дом (рис. 4,а,б,в). Его перекрытия имеют слой утеплителя (минваты) толщиной, большей, чем высота балок, поэтому на балках расположены лаги. Перекрестное расположение лаг относительно балок устраняет “мостики холода” — термосопротивление всей конструкции практически равно термосопротивлению слоя утеплителя.

Рис 4 (а,б,в)

Стены энергосберегающего дома должны быть выполнены с обязательным использованием утеплителя. Применением только конструкционных материалов(дерево, кирпич) получить термическое сопротивление, удовлетворяющее требованиями СНиП, трудно.

Для удешевления конструкции энергосберегающего дома стены выполнены каркасными – с обшивкой помещений вагонкой внутри и снаружи. Каркасным конструкциям с утеплителем необходима защита от увлажнения водяными парами, которые зимой проникают из теплого помещения. Пары конденсируются на внутренней стороне наружной обшивки и утеплитель намокает.

В качестве защиты используют пароизоляцию — прокладку под внутренней обшивкой -полиэтиленовую пленку и т.д. Под наружной обшивкой из вагонки необходима прокладка из плотного, но паропроницаемого материала для защиты от продувания, например, битумной бумаги. Термическое сопротивление ограждающих конструкций, показанных на рис. 4, отвечает требованиям СНиП по условию энергосбережения (наиболее высокие требования).

Из возможных типов остекления для обоих домов выбрано двойное, в деревянных раздельных переплетах , которое отвечает требованиям СНиП по условию энергосбережения (для Москвы) и имеет невысокую стоимость. При оценке теплопотерь указанных вариантов домов через входную дверь примем значение ее термического сопротивления не менее 0,76 м2х°С/Вт. Этому соответствует двойной дверной блок.

Затраты на дополнительное утепление не пропали даром. В самых суровых зимних условиях энергосберегающий дом (рис. 4) будет терять всего 2 кВт тепловой мощности, а обычный дачный дом (рис. 3) таких же размеров и расположенный на участке таким же образом — 4,2 кВт, то есть больше, чем в 2 раза. Во столько же раз больше он будет потреблять энергии (а хозяева — тратить денег) для поддержания постоянной температуры внутри (при отсутствии щелей и правильно выполненных пароизоляции и ветрозащите).

2. Для уменьшения теплопотерь важно правильно ориентировать будущий дом относительно сторон света. Термосопротивления окон очень малы, поэтому лучше, чтобы они выходили на юг, юго-восток и юго-запад. С севера надо расположить глухую стену, вход организовать через веранду, а не прямо с улицы. Если мансарда не имеет теплоизоляции, то лестница также должна быть расположена в неотапливаемом помещении — на веранде или в эркере. Площадь окон должна составлять 1/5 + 1/8 от площади пола (меньшее значение отношения — для помещений с проживанием зимой).

Отопительные приборы размещают в помещениях так, чтобы их тепловая мощность компенсировала потери тепла (в нашем случае теплопотери обеих комнат примерно равны). Несмотря на дополнительное утепление перекрытий, конечная стоимость каркасного энергосберегающего дома окажется меньше стоимости брусового дома. Вполне уместен вопрос — почему же тогда у нас мало строят каркасных домов, а все больше из кирпича и бруса?

Причин много, и среди них следующие: — традиции; — желание иметь загородный дом в престижном месте как вложение денег (чтобы был), а не как жилье; — только летняя эксплуатация; — престижность кирпичного дома, экологичность брусового; — надежность, долговечность, безопасность и чувство уверенности

Иточник