Даже популярные ныне коттеджи из бревна или профилированного бруса необходимо утеплять дополнительно или возводить их из практически несуществующего на рынке деревянного массива толщиной в 35-40 см. Что уж говорить о каменных строениях (блочных, кирпичных, монолитных).
Что значит «утеплиться правильно»
Итак, без теплоизоляционных слоёв обойтись нельзя, с этим согласится подавляющее большинства домовладельцев. Некоторым из них приходится изучать вопрос во время строительства собственного гнёздышка, другие озадачиваются утеплением, чтобы фасадными работами улучшить уже эксплуатируемый коттедж. В любом случае подходить к вопросу необходимо очень скрупулёзно.
Одно дело соблюдение технологии утепления, но ведь часто застройщики допускают ошибки на стадии закупки материала, в частности неправильно выбирают толщину утепляющего слоя. Если жилище окажется слишком холодным, то находиться в нём будет, мягко говоря, некомфортно. При благоприятном стечении обстоятельств (наличие запаса производительности теплогенератора) проблему получится решить увеличением мощности отопительной системы, что, однозначно, влечёт за собой существенный рост расходов на покупку энергоносителей.
Но обычно всё заканчивается куда печальнее: при малой толщине утепляющего слоя ограждающие конструкции промерзают. А это становится причиной перемещения точки росы вовнутрь помещений, из-за чего на внутренних поверхностях стен и перекрытий выпадает конденсат. Потом появляется плесень, разрушаются строительные конструкции и отделочные материалы… Что самое неприятное, так это тот факт, что невозможно устранить неприятности малой кровью. Например, на фасаде придётся демонтировать (или «похоронить») финишный слой, затем создать ещё один барьер из утеплителя, а потом снова отделать стены. Очень недёшево выходит, лучше сразу всё сделать как положено.
Важно! Технологичные современные утеплители мало стоить не будут, причём с увеличением толщины пропорционально будет расти и цена. Поэтому создавать слишком большой запас по теплоизоляции обычно смысла нет, это - пустая трата средств, особенно если случайному сверхутеплению подвергается только часть конструкций дома.
Принципы расчёта утепляющего слоя
Теплопроводность и термическое сопротивление
Прежде всего, нужно определиться с главной причиной охлаждения здания. Зимой у нас работает система отопления, которая греет воздух, но сгенерированное тепло проходит через ограждающие конструкции и рассеивается в атмосфере. То есть происходят теплопотери - «теплопередача». Она есть всегда, вопрос лишь в том, получается ли их восполнить посредством отопления, чтобы в доме оставалась стабильная положительная температура, желательно на уровне + 20-22 градусов.
Важно! Заметим, что очень немаловажную роль в динамике теплового баланса (в общих теплопотерях) играют различные неплотности в элементах здания - инфильтрация. Поэтому на герметичность и сквозняки тоже следует обращать внимание.
Кирпич, сталь, бетон, стекло, деревянный брус… - каждый материал, применяемый при строительстве зданий, в той или иной мере обладает способностью передавать тепловую энергию. И каждый из них обладает обратной способностью - сопротивляться теплопередаче. Теплопроводность является величиной неизменной, поэтому в системе СИ существует показатель «коэффициент теплопроводности» для каждого материала. Данные эти важны не только для понимания физических свойств конструкций, но и для последующих расчётов.
Приведём данные для некоторых основных материалов в виде таблицы.
Теперь о сопротивлении теплопередаче. Значение сопротивления теплопередаче обратно пропорционально теплопроводности. Этот показатель относится и к ограждающим конструкциям, и к материалам как таковым. Он используется для того, чтобы охарактеризовать теплоизоляционные характеристики стен, перекрытий, окон, дверей, кровли…
Для расчёта термического сопротивления используют следующую общедоступную формулу:
Показатель «d» здесь означает толщину слоя, а показатель «k» - теплопроводность материала. Получается, что сопротивление теплопередаче напрямую зависит от массивности материалов и ограждающих конструкций, что при использовании нескольких таблиц поможет нам рассчитать фактическое теплосопротивление существующей стены или правильный утеплитель по толщине.
Для примера: стена в половину кирпича (полнотелого) имеет толщину 120 мм, то есть показатель R получится 0,17 м²·K/Вт (толщина 0,12 метра, разделённая на 0,7 Вт/(м*К)). Аналогичная кладка в кирпич (250 мм) покажет 0,36 м²·K/Вт, а в два кирпича (510 мм) - 0,72 м²·K/Вт.
Допустим, по минеральной вате толщиной 50; 100; 150 мм показатели термического сопротивления будут следующие: 1,11; 2,22; 3,33 м²·K/Вт.
Важно! Большинство ограждающих конструкций в современных зданиях являются многослойными. Поэтому, чтобы рассчитать, например, термическое сопротивление такой стены, нужно отдельно рассматривать все её прослойки, а затем полученные показатели суммировать.
Существуют ли требования к тепловому сопротивлению
Возникает вопрос: а каким, собственно, должен быть показатель сопротивления теплопередачи для ограждающих конструкций в доме, чтобы в помещениях было тепло, и в отопительный период расходовалось минимум энергоносителей? К счастью для домовладельцев, не обязательно снова использовать сложные формулы. Вся необходимая информация есть в СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». В данном нормативном документе рассматриваются строения различного назначения, эксплуатируемые в различных климатических зонах. Это вполне объяснимо, так как температура для жилых помещений и производственных помещений не нужна одинаковая. Кроме того, отдельные регионы характеризуются своими предельными минусовыми температурами и длительность отопительного периода, поэтому выделяют такую усреднённую характеристику, как градусо-сутки отопительного сезона.
Важно! Ещё один интересный момент заключается в том, что основная интересующая нас таблица содержит нормируемые показатели для различных ограждающих конструкций. Это в общем-то не удивительно, ведь тепло покидает дом неравномерно.
Попробуем немного упростить таблицу по необходимому тепловому сопротивлению, вот что получится для жилых зданий (м²·K/Вт):
Согласно данной таблице, становится понятно, что если в Москве (5800 градусо-суток при средней температуре в помещениях порядка 24 градусов) строить дом только из полнотелого кирпича, то стену придётся делать по толщине более 2,4 метра (3,5 Х 0,7). Реально ли это технически и по деньгам? Конечно - абсурд. Вот почему нужно применить утепляющий материал.
Очевидно, что для коттеджа в Москве, Краснодаре и Хабаровске будут предъявляться разные требования. Всё, что нам нужно, так это определить градусо-суточные показатели для нашего населённого пункта и выбрать подходящее число из таблицы. Потом применяя формулу сопротивления теплопередаче, работаем с уравнением и получаем оптимальную толщину утеплителя, который необходимо применить.
| Город | Градусо-сутки Dd отопительного периода при температуре, + С | |||||
| 24 | 22 | 20 | 18 | 16 | 14 | |
| Абакан | 7300 | 6800 | 6400 | 5900 | 5500 | 5000 |
| Анадырь | 10700 | 10100 | 9500 | 8900 | 8200 | 7600 |
| Арзанас | 6200 | 5800 | 5300 | 4900 | 4500 | 4000 |
| Архангельск | 7200 | 6700 | 6200 | 5700 | 5200 | 4700 |
| Астрахань | 4200 | 3900 | 3500 | 3200 | 2900 | 2500 |
| Ачинск | 7500 | 7000 | 6500 | 6100 | 5600 | 5100 |
| Белгород | 4900 | 4600 | 4200 | 3800 | 3400 | 3000 |
| Березово (ХМАО) | 9000 | 8500 | 7900 | 7400 | 6900 | 6300 |
| Бийск | 7100 | 6600 | 6200 | 5700 | 5300 | 4800 |
| Биробиджан | 7500 | 7100 | 6700 | 6200 | 5800 | 5300 |
| Благовещенск | 7500 | 7100 | 6700 | 6200 | 5800 | 5400 |
| Братск | 8100 | 7600 | 7100 | 6600 | 6100 | 5600 |
| Брянск | 5400 | 5000 | 4600 | 4200 | 3800 | 3300 |
| Верхоянск | 13400 | 12900 | 12300 | 11700 | 11200 | 10600 |
| Владивосток | 5500 | 5100 | 4700 | 4300 | 3900 | 3500 |
| Владикавказ | 4100 | 3800 | 3400 | 3100 | 2700 | 2400 |
| Владимир | 5900 | 5400 | 5000 | 4600 | 4200 | 3700 |
| Комсомольск-на-Амуре | 7800 | 7300 | 6900 | 6400 | 6000 | 5500 |
| Кострома | 6200 | 5800 | 5300 | 4900 | 4400 | 4000 |
| Котлас | 6900 | 6500 | 6000 | 5500 | 5000 | 4600 |
| Краснодар | 3300 | 3000 | 2700 | 2400 | 2100 | 1800 |
| Красноярск | 7300 | 6800 | 6300 | 5900 | 5400 | 4900 |
| Курган | 6800 | 6400 | 6000 | 5600 | 5100 | 4700 |
| Курск | 5200 | 4800 | 4400 | 4000 | 3600 | 3200 |
| Кызыл | 8800 | 8300 | 7900 | 7400 | 7000 | 6500 |
| Липецк | 5500 | 5100 | 4700 | 4300 | 3900 | 3500 |
| Санкт Петербург | 5700 | 5200 | 4800 | 4400 | 3900 | 3500 |
| Смоленск | 5700 | 5200 | 4800 | 4400 | 4000 | 3500 |
| Магадан | 9000 | 8400 | 7800 | 7200 | 6700 | 6100 |
| Махачкала | 3200 | 2900 | 2600 | 2300 | 2000 | 1700 |
| Минусинск | 4700 | 6900 | 6500 | 6000 | 5600 | 5100 |
| Москва | 5800 | 5400 | 4900 | 4500 | 4100 | 3700 |
| Мурманск | 7500 | 6900 | 6400 | 5800 | 5300 | 4700 |
| Муром | 6000 | 5600 | 5100 | 4700 | 4300 | 3900 |
| Нальчик | 3900 | 3600 | 3300 | 2900 | 2600 | 2300 |
| Нижний Новгород | 6000 | 5300 | 5200 | 4800 | 4300 | 3900 |
| Нарьян-Мар | 9000 | 8500 | 7900 | 7300 | 6700 | 6100 |
| Великий Новгород | 5800 | 5400 | 4900 | 4500 | 4000 | 3600 |
| Олонец | 6300 | 5900 | 5400 | 4900 | 4500 | 4000 |
| Омск | 7200 | 6700 | 6300 | 5800 | 5400 | 5000 |
| Орел | 5500 | 5100 | 4700 | 4200 | 3800 | 3400 |
| Оренбург | 6100 | 5700 | 5300 | 4900 | 4500 | 4100 |
| Новосибирск | 7500 | 7100 | 6600 | 6100 | 5700 | 5200 |
| Партизанск | 5600 | 5200 | 4900 | 4500 | 4100 | 3700 |
| Пенза | 5900 | 5500 | 5100 | 4700 | 4200 | 3800 |
| Пермь | 6800 | 6400 | 5900 | 5500 | 5000 | 4600 |
| Петрозаводск | 6500 | 6000 | 5500 | 5100 | 4600 | 4100 |
| Петропавловск-Камчатский | 6600 | 6100 | 5600 | 5100 | 4600 | 4000 |
| Псков | 5400 | 5000 | 4600 | 4200 | 3700 | 3300 |
| Рязань | 5700 | 5300 | 4900 | 4500 | 4100 | 3600 |
| Самара | 5900 | 5500 | 5100 | 4700 | 4300 | 3900 |
| Саранск | 6000 | 5500 | 5100 | 5700 | 4300 | 3900 |
| Саратов | 5600 | 5200 | 4800 | 4400 | 4000 | 3600 |
| Сортавала | 6300 | 5800 | 5400 | 4900 | 4400 | 3900 |
| Сочи | 1600 | 1400 | 1250 | 1100 | 900 | 700 |
| Сургут | 8700 | 8200 | 7700 | 7200 | 6700 | 6100 |
| Ставрополь | 3900 | 3500 | 3200 | 2900 | 2500 | 2200 |
| Сыктывкар | 7300 | 6800 | 6300 | 5800 | 5300 | 4900 |
| Тайшет | 7800 | 7300 | 6800 | 6300 | 5800 | 5400 |
| Тамбов | 5600 | 5200 | 4800 | 4400 | 4000 | 3600 |
| Тверь | 5900 | 5400 | 5000 | 4600 | 4100 | 3700 |
| Тихвин | 6100 | 5600 | 2500 | 4700 | 4300 | 3800 |
| Тобольск | 7500 | 7000 | 6500 | 6100 | 5600 | 5100 |
| Томск | 7600 | 7200 | 6700 | 6200 | 5800 | 5300 |
| Тотьна | 6700 | 6200 | 5800 | 5300 | 4800 | 4300 |
| Тула | 5600 | 5200 | 4800 | 4400 | 3900 | 3500 |
| Тюмень | 7000 | 6600 | 6100 | 5700 | 5200 | 4800 |
| Улан-Удэ | 8200 | 7700 | 7200 | 6700 | 6300 | 5800 |
| Ульяновск | 6200 | 5800 | 5400 | 5000 | 4500 | 4100 |
| Уренгой | 10600 | 10000 | 9500 | 8900 | 8300 | 7800 |
| Уфа | 6400 | 5900 | 5500 | 5100 | 4700 | 4200 |
| Ухта | 7900 | 7400 | 6900 | 6400 | 5800 | 5300 |
| Хабаровск | 7000 | 6600 | 6200 | 5800 | 5300 | 4900 |
| Ханты-Мансийск | 8200 | 7700 | 7200 | 6700 | 6200 | 5700 |
| Чебоксары | 6300 | 5800 | 5400 | 5000 | 4500 | 4100 |
| Челябинск | 6600 | 6200 | 5800 | 5300 | 4900 | 4500 |
| Черкесск | 4000 | 3600 | 3300 | 2900 | 2600 | 2300 |
| Чита | 8600 | 8100 | 7600 | 7100 | 6600 | 6100 |
| Элиста | 4400 | 4000 | 3700 | 3300 | 3000 | 2600 |
| Южно-Курильск | 5400 | 5000 | 4500 | 4100 | 3600 | 3200 |
| Южно-Сахалинск | 6500 | 600 | 5600 | 5100 | 4700 | 4200 |
| Якутск | 11400 | 10900 | 10400 | 9900 | 9400 | 8900 |
| Ярославль | 6200 | 5700 | 5300 | 4900 | 4400 | 4000 |
Примеры расчёта толщины утеплителя
Предлагаем на практике рассмотреть процесс расчётов утепляющего слоя стены и потолка жилой мансарды. Для примера возьмём дом в Вологде, построенный из блоков (пенобетон) толщиной 200 мм.
Итак, если температура в 22 градуса для обитателей будет нормальной, то актуальный в данном случае показатель градусо-суток равняется 6000. Находим в таблице нормативов по термическому сопротивлению соответствующий показатель, он составляет 3,5 м²·K/Вт - к нему будем стремиться.
Стена получится многослойная, поэтому сначала определим, сколько термического сопротивления даст голый пеноблок. Если средняя теплопроводность пенобетона составляет порядка 0,4 Вт/(м*К), то при 20-миллиметровой толщине эта наружная стена даст сопротивление теплопередаче на уровне 0,5 м²·K/Вт (0,2 метра делим на коэффициент теплопроводности 0,4).
То есть для качественного утепления нам не хватает порядка 3 м²·K/Вт. Их можно получить минеральной ватой или пенопластом, который будут установлены со стороны фасада в вентилируемой навесной конструкции или мокрым способом скреплённой теплоизоляции. Чуть трансформируем формулу термического сопротивления и получаем необходимую толщину - то есть умножаем необходимое (недостающее) сопротивление теплопередачи на теплопроводность (берём из таблицы).
В цифрах это будет выглядеть так: d толщина базальтовой минваты = 3 Х 0,035 = 0,105 метра. Получается, что мы может использовать материал в матах или рулонах толщиной 10 сантиметров. Заметим, что при использовании пенопласта плотностью 25 кг/м3 и выше - необходимая толщина получится аналогичной.
Кстати, можно рассмотреть другой пример. Допустим, хотим из полнотелого силикатного кирпича в этом же доме сделать ограждение тёплого остеклённого балкона, тогда недостающего термического сопротивления будет порядка 3,35 м²·K/Вт (0,12Х0,82). Если планируется применять для утепления пенопласт ПСБ-С-15, то его толщина должна быть 0,144 мм - то есть 15 см.
Для мансарды, крыши и перекрытий техника расчётов будет примерно такая же, только отсюда исключается теплопроводность и сопротивление теплопередачи несущих конструкций. А также несколько увеличиваются требования по сопротивлению - потребуется уже не 3,5 м²·K/Вт, а 4,6. В итоге, вата подойдёт толщиной до 20 см = 4,6 Х 0,04 (теплоизолятор для кровли).
Применение калькуляторов
Производители изоляционных материалов решили упростить задачу рядовым застройщикам. Для этого они разработали простые и понятные программки для расчёта толщины утеплителя.
Рассмотрим некоторые варианты:
В каждом из них в несколько шагов нужно заполнить поля, после чего, нажав на кнопку, можно мгновенно получить результат.
Вот некоторые особенности использования программ:
1. Везде предлагается из выпадающего списка выбрать город/район/регион строительства.
2. Все, кроме Технониколь, просят определить тип объекта: жилое/производственное, либо, как на сайте Пеноплекс - городская квартира/лоджия/малоэтажный дом/хозпостройка.
3. Потом указываем, какие конструкции нас интересуют: стены, полы, перекрытие чердака, крыша. Программа Пеноплекс рассчитывает также утепление фундамента, инженерных коммуникаций, уличных дорожек и площадок.
4. Некоторые калькуляторы имеют поле для указания желаемой температуры внутри помещения, на сайте Rockwool интересуются также габаритами здания и типом применяемого для отопления топлива, количеством проживающих людей. Кнауф ещё учитывает относительную влажность воздуха в помещениях.
5. На penoplex.ru нужно указать тип и толщину стен, а также материал, из которого они изготовлены.
6. В большинстве калькуляторов есть возможность задать характеристики отдельных или дополнительных слоёв конструкций, например, особенности несущих стен без теплоизоляции, тип облицовки...
7. Калькулятор пеноплекс для некоторых конструкций (допустим для утепления кровли методом «между стропил») может считать не только экструдированный пенополистирол, на котором фирма специализируется, но также минеральную вату.
Как вы понимаете, в том, чтобы рассчитать оптимальную толщину теплоизоляции - ничего сложного нет, следует только со всей тщательностью подойти к данному вопросу. Главное, чётко определиться с недостающим сопротивлением теплопередаче, а потом уже выбирать утеплитель, который будет лучше всего подходить для конкретных элементов здания и применяемых строительных технологий. Также не стоит забывать, что к теплоизоляцией частного дома необходимо заниматься комплексно, в должной степени должны быть утеплены все ограждающие конструкции.
При утеплении стен важно не ошибиться в выборе толщины и вида утеплителя. Часто жильцы хотят сэкономить там, где экономить нельзя – на толщине утепления стен. Цена утепления от этого выигрывает не сильно, ведь работа и отделка дороже. Но последующие за этим потери гораздо более значительные.
Экономить на толщине утеплителя – невыгодно. В СНИП приведены значения минимального сопротивления ограждающих конструкций (стен) которые были рассчитаны из экономической целесообразности.
Т.е. применять слой утепления тоньше, чем требует норматив не выгодно. Это влечет перерасход средств на отопление. А если не топить, то будет ущерб комфорту. В общем, сопротивление теплопередаче стен должно быть в соответствии с нормативом или больше.
А какая для этого потребуется толщина утепления стен?
Требования нормативов
На фото приведены требования СНИП по сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций. Можно заметить, что для стен требования более низкие по сравнению с потолками, крышей и полами. Это говорит о распределении тепла в доме, и доле утечек через те или иные конструкции.
Основной вопрос возникает по нахождению градусо-суток отопительного периода. Можно сказать, что для климатической зоны Москвы это значение составляет примерно 5000 С х сут.
Поэтому требования для средней полосы (умеренный климат) примерно принимаются в соответствии от 4000 до 6000 С х сут. А точно количество градусо-суток можно вычислить в соответствии со СНиП для каждой области или города.
Т.е. для климатической зоны под условным название «Москва», где среднегодовая температура примерно +4 град. С, требуемое сопротивление теплопередаче стен принимается примерно 3,2 м2С/Вт.
Как рассчитывается толщина утеплителя
Сопротивление теплопередаче утепленной стены складывается из сопротивления собственно стены и сопротивления слоя утеплителя.
Сопротивление теплопередаче стены можно найти зная ее толщину и материал из которого она сделана. Необходимо поделить толщину стены на коэффициент теплового сопротивления материала.
Для примера рассчитаем стену из кирпича толщиной 36 см. Тогда сопротивление теплопередаче стены составит — 0,36 м / 0,7 Вт/мС = 0,5 м2С/Вт.
Теперь найдем сколько теплового сопротивления нужно добавить этой стене, что бы достигнуть требований норматива.
Отнимем от нормативных требований полученное значение. Для примера принимаем, что стена находится в климате Москвы. Тогда 3,2 – 0,5=2,7 м2С/Вт.
Следовательно, у слоя утепления минимальное сопротивление теплопередаче должно быть 2,7 м2С/Вт.
Найдем минимальную толщину пенопласта для утепления этой стены. Умножим коэффициент его теплопроводности на требуемое сопротивление теплопередаче. 0,037х2,7=0,1 м.
Найдем минимальную толщину минеральной ваты – 0,045х2,7=0,12 м.
Но нужно учитывать, что это минимальные значения, исходя из экономической целесообразности. Больше можно (но любой слой проверяется по паропроницаемости (ниже)), меньше делать нельзя. Т.е. если бы строительство вела организация, то нарушения гос. норматива повлекло бы ответственность…
Что подходит для стен
Приведены результаты расчетов для различных климатических зон.
Показаны градусо-сутки отопительного периода (С х сут.) и минимальная толщина утеплителя (м).
Какая толщина утеплителя для кирпичной стены 0,36 м
Пенопласт
2000 – 0,06
4000 – 0,09
6000 – 0,11
8000 – 0,14
1000 – 0,16
12000 – 0,19
Минеральная вата
2000 – 0,07
4000 – 0,1
6000 – 0,14
8000 – 0,17
1000 – 0,2
12000 – 0,23
Какая толщина утеплителя для железобетонной стены 0,30 м. Нужно учесть, что собственное сопротивление теплопередаче такой стены составляет около 0,14 м2С/Вт
Пенопласт
2000 – 0,07
4000 – 0,1
6000 – 0,12
8000 – 0,15
1000 – 0,18
12000 – 0,2
Минеральная вата
2000 – 0,09
4000 – 0,12
6000 – 0,15
8000 – 0,18
1000 – 0,22
12000 – 0,25
Проверка по паропроницаемости слоев
Вопрос толщины утепления стен тесно увязан с паропроницаемостью слоев в единой конструкции.
На ограждающей конструкции дома (стены, потолок полы) всегда будет перепад температуры. Внутри конструкции будет находиться точка росы. В тоже время через стены, потолок, крышу, полы будет проходить водяной пар, и когда на улице холодно, то направление его движения будет из помещения наружу.
Если пар не встретит препятствий на своем пути на улицу, то его накопления внутри стены не произойдет. А если на пути пара образуется повышенное сопротивление его движению, то конструкция намокнет от сконденсировавшейся воды. В однослойной стене повышенного сопротивления движению пара не бывает. Но когда появляется слой утепления, то на паропроницаемость слоев необходимо обращать пристальное внимание.
Нужно что бы выполнялось правило – наружный слой должен быть более паропрозрачный. А так как мы утепляем снаружи, то следовательно, слой утеплителя, должен быть более проницаемый для пара чем сама стена.
Иногда пользуются приемом разделения слоев пароизолятором. Но при этом пароизоляция должна быть абсолютной, что бы полностью прекратилось движение пара сквозь конструкцию. Тогда на пар находящийся в стене действие парциального давления прекращается и его накопление в конструкции не происходит.
Паропроницаемость слоя можно определить разделив толщину слоя на коэффициент паропроницаемости материала.
Например, для кирпичной стены толщиной 36 сантиметров — 0,36/0,11=3,27 м2 ч Па/мг.
Слой пенопласта толщиной 12 сантиметров будет сопротивляться движению пара – 0,12/0,05=2,4 м2 ч Па/мг.
Условие паропрозрачности слоев выполняется – 2,40 меньше 3,27.
Следовательно, кирпичную стену толщиной в 36 см можно утеплять слоем пенопласта толщиной 12 сантиметров.
Определенная расчетом толщина утепления стен должна соблюдаться и при строительстве. Нужно помнить, что найти толщину утепления стен не сложно, важно соблюсти теорию на практике.
Чтобы создать зимой комфорт в доме , необходимо поддерживать в помещениях оптимальную температуру. Это нетрудно, если хозяин заранее побеспокоился об утеплении.
Однако просто уложить теплоизолирующий материал недостаточно . Для эффективной теплоизоляции необходимо, чтобы слой утеплителя был определенной толщины.
На первый взгляд сложностей здесь нет. Достаточно уложить побольше теплоизоляции – и тепло в доме обеспечено. Однако любой утеплитель имеет определенный вес, к которому добавляется вес удерживающей его конструкции. И весь этот вес закрепляется на стене, создавая дополнительную нагрузку .
Если дополнительная нагрузка превышает пределы прочности стены, теплоизоляция будет отваливаться вместе с кусками стены . Но даже когда прочность стены достаточна, излишняя теплоизоляция не приводит к дополнительной экономии топлива.
На первый план в этом случае выступают потери тепла при проветривании или через вентиляцию, а их с помощью теплоизоляции устранить нельзя . Зато затраты на укладку лишнего утеплительного материала могут быть значительными. С другой стороны сокращать толщину теплоизоляции ниже определенного предела тоже невыгодно – растут потери тепла и затраты на отопление.
В магазине стройматериалов можно попросить продавца рассчитать необходимую толщину и общее количество утеплителя. Это делается с помощью специальных компьютерных программ . Но надо учитывать, что сотрудники магазина заинтересованы в продаже максимального количества стройматериалов, поэтому могут существенно завышать цифры. Как же найти золотую середину?
Вопросом теплоизоляции зданий занимается прикладная наука теплотехника
. В соответствии с ее рекомендациями был создан Свод правил СП 50.13330.2012, входящий в СНиП 23-02-2003 и регламентирующий тепловую защиту зданий.
В СНиП 23-01-99 (Строительная климатология) приводятся исходные климатологические данные для местностей и регионов Российской Федерации.
Эти документы служат ориентирами для расчетов необходимой толщины и общего количества теплоизоляционных материалов. Проделав такие расчеты, владелец дома получает необходимую информацию для закупки и начала работ.
Тепловая защита зданий согласно Своду правил должна соответствовать таким требованиям :
- Тепловое сопротивление ограждающих конструкций не должно быть ниже указанных в документе значений.
- Удельная теплозащитная характеристика дома не должна превышать указанной нормы.
- Температура внутренней поверхности ограждающих конструкций не должна падать ниже минимально допустимого значения.
Из этих трех параметров самыми важными являются тепловое сопротивление и минимальное значение внутренней температуры. Они будут служить ключевыми величинами в расчетах.
Тепловым сопротивлением R TP называют величину, обратную теплопроводности. Ее размерность м 2 ·°C/Вт. Внутренняя температура поверхностей стен для жилых помещений нормируется в интервале 20–22°C.
Исходной величиной для расчетов служат градусо-сутки отопительного периода (сокращенно ГСОП). Размерность этого параметра °C·сут/год. Рассчитывают ГСОП по такой формуле:
ГСОП=(t B –t OT)·z OT ,
где t B – внутренняя температура (+22°C), t OT – средняя температура воздуха на улице за отопительный сезон, z ot – количество суток отопительного периода в году, когда среднесуточная температура не выше +8°C.
Примером послужит Москва . Для столицы РФ продолжительность отопительного периода 214 суток/год, а средняя наружная температура для этого периода t OT = –3,1°C (см. таблицу 1, Строительная климатология). Подставляем значения в формулу и получаем:
ГСОП = [(22 – (–3,1)] · 214 = 5371,4 градусо-суток.
Ищем величину сопротивления теплопередаче, соответствующую этому числу градусо-суток (см. таблица 3, Свода правил). Получилось число, отличающееся от круглых табличных значений, а в таблице только круглые значения. Для остальных случаев предусмотрена формула с коэффициентами a и b :
R TP = a · ГСОП + b
Подставляем в нее значения и получаем:
R TP = 0,00035 · 5371,4 + 1,4 = 3,27999 м²·°C/Вт.
Однако полученная величина – это суммарное тепловое сопротивление стены и утеплителя :
R TP = R CT + R y .
Тепловое сопротивление стройматериалов в указанном выше Своде правил рекомендуется считать с учетом условий эксплуатации . Согласно карте влажности климата (Строительная климатология) Москва находится в зоне нормальной влажности. Таблица 2 Свода правил рекомендует учитывать теплопроводность материалов для этих условий в помещениях с нормальной влажностью (большинство комнат) под литерой Б.
Допустим, что утеплять нужно стены из полнотелого глиняного кирпича на растворе из цемента и песка толщиной 0,51 м (два кирпича). Коэффициент теплопроводности такой кладки составляет 0,81 Вт/м·°C. Тепловое сопротивление материалов определяется соотношением:
где P – толщина материала, м, k – коэффициент теплопроводности, Вт/м·°C. Подставив значения, получаем:
R CT = 0,51 / 0,81 = 0,6296 м²·°C/Вт.
Тепловое сопротивление теплоизоляции равно разнице общего сопротивления и сопротивления стены:
R y = R TP – R CT = 3,27999 – 0,6296 = 2,65039 м²·°C/Вт.
Осталось определить толщину самого утеплителя. Будем использовать для теплоизоляции плиты из каменной ваты плотностью 50 кг/м³. Коэффициент ее теплопроводности при указанных условиях составляет 0,045 Вт/м·°C. Чтобы получить толщину , умножим ее тепловое сопротивление на коэффициент теплопроводности:
P y = R y · k = 2,65039 · 0,045 = 0,11927 м или примерно 12 см.
Такой расчет подходит для утепления стен под штукатурку .
Каменную вату, как пористый материал, снаружи на кирпичную кладку обычно укладывают, закрывая ее паропроницаемой мембраной , а потом монтируют вентилируемый фасад.
Через воздушную прослойку этого фасада постоянно снизу вверх проходит воздух. При этом он не только уносит пар из слоя каменной ваты, но и приводит к потере некоторого количества тепловой энергии.
Для вентилируемых фасадов больших размеров на многоэтажных зданиях теплотехники вывели формулы для расчета этих теплопотерь. Они позволяют рассчитать толщину дополнительного слоя утеплителя, чтобы компенсировать эти потери. Однако механизм расчета очень сложен и требует учета многих величин: скорости потока воздуха в прослойке, ее высоты, неоднородностей потока и т. п.
Делать такие сложные расчеты для одноэтажного загородного дома смысла не имеет. Опытные специалисты советуют при монтаже вентилируемого фасада увеличить рассчитанную толщину теплоизоляции примерно на 30%. В нашем примере получится:
P = P y · 1,3 = 0,11927 · 1,3 = 0,1550 м или примерно 15 см.
Т. е. чтобы утеплить дом в Москве с кладкой из полнотелого кирпича на растворе из цемента и песка с толщиной наружных стен 0,51 см, понадобится уложить три слоя плит базальтовой ваты толщиной по 50 мм, а затем смонтировать вентилируемый фасад.
Расчет толщины утеплителя для крыши
Расчет толщины теплоизоляции при укладке под кровлю
также имеет свои особенности. Под скатную или двускатную кровлю утеплитель монтируют по тому же принципу, что и на стену с вентилируемым фасадом.
Воздух проникает под кровлю снизу и, проходя через воздушную прослойку над утеплителем, выходит через щели под коньком. При этом также возникает дополнительная потеря тепла , которую нужно учесть при расчете толщины теплоизоляции.
Рассчитывать толщину утеплителя для кровли значительно проще, чем для стен. Ведь сама кровля практически не имеет теплового сопротивления, а под утеплителем на скатной или двускатной кровле никакого сплошного толстого конструкционного материала нет. Это значит, что нужно учитывать только тепловое сопротивление утеплителя.
При расчете будем исходить из того же значения ГСОП = 5371,4 градусо-суток и будем использовать ту же формулу сопротивления теплопередаче RTP = a · ГСОП + b. Однако значения сопротивления возьмем в графе 5 для чердачных перекрытий. Коэффициенты a и b там другие: a = 0,00045; b = 1,9. Подставив эти значения в формулу, получаем:
R У = 0,00045 · 5371,4 + 1,9 = 4,3171 м²·°C/Вт.
Толщину утеплителя считаем так же, как и для стен:
P У = R У · k = 4,3171 · 0,045 = 0,19427 м или примерно 20 см.
Иначе говоря, для утепления скатной или двускатной крыши дома в Москве понадобится четыре слоя плит базальтовой ваты толщиной по 50 мм.
Расчет толщины утеплительных материалов при укладке на стены можно сделать самостоятельно, учитывая данные действующих строительных норм и правил. Расчет толщины теплоизоляции для крыши практически не отличается от расчета для стен, но в этом случае надо использовать значения теплового сопротивления из другой колонки таблицы.
Как рассчитать толщину утеплителя для стен с помощью таблицы теплопроводности материалов посмотрите на видео:
Теплый дом - мечта каждого владельца, для достижения этой цели строятся толстые стены, проводится отопление, устраивается качественная теплоизоляция. Чтобы утепление было рациональным необходимо правильно подобрать материал и грамотно рассчитать его толщину.
Размер слоя изоляции зависит от теплового сопротивления материала. Этот показатель является величиной, обратной теплопроводности. Каждый материал - дерево, металл, кирпич, пенопласт или минвата обладают определенной способностью передавать тепловую энергию. Коэффициент теплопроводности высчитывается в ходе лабораторных испытаний, а для потребителей указывается на упаковке.
Если материал приобретается без маркировки, можно найти сводную таблицу показателей в интернете.
Теплосопротивление материала ® является постоянной величиной, его определяют как отношение разности температур на краях утеплителя к силе проходящего через материал теплового протока. Формула расчета коэффициента: R=d/k, где d - толщина материала, k - теплопроводность. Чем выше полученное значение, тем эффективней теплоизоляция.
Почему важно правильно рассчитать показатели утепления?
Теплоизоляция устанавливается для сокращения потерь энергии через стены, пол и крышу дома. Недостаточная толщина утеплителя приведет к перемещению точки росы внутрь здания. Это означает появление конденсата, сырости и грибка на стенах дома. Избыточный слой теплоизоляции не дает существенного изменения температурных показателей, но требует значительных финансовых затрат, поэтому является нерациональным. При этом нарушается циркуляция воздуха и естественная вентиляция между комнатами дома и атмосферой. Для экономии средств с одновременным обеспечением оптимальных условий проживания требуется точный расчет толщины утеплителя.
Расчет теплоизоляционного слоя: формулы и примеры
Чтобы иметь возможность точно рассчитать величину утепления, необходимо найти коэффициент сопротивления теплопередачи всех материалов стены или другого участка дома. Он зависит от климатических показателей местности, поэтому вычисляется индивидуально по формуле:
ГСОП=(tв-tот)xzот
tв - показатель температуры внутри помещения, обычно составляет 18-22ºC;
tот - значение средней температуры;
zот - длительность отопительного сезона, сутки.
Значения для подсчета можно найти в СНиП 23-01-99.
При вычислении теплового сопротивления конструкции, необходимо сложить показатели каждого слоя: R=R1+R2+R3 и т. д. Исходя из средних показателей для частных и многоэтажных домов определены примерные значения коэффициентов:
- стены - не менее 3,5;
- потолок - от 6.
Толщина утеплителя зависит от материала постройки и его величины, чем меньше теплосопротивление стены или кровли, тем больше должен быть слой изоляции.
Пример: стена из силикатного кирпича толщиной в 0,5 м, которая утепляется пенопластом.
Rст.=0,5/0,7=0,71 - тепловое сопротивление стены
R- Rст.=3,5-0,71=2,79 - величина для пенопласта
Для пенопласта теплопроводность k=0,038
d=2,79×0,038=0,10 м - потребуются плиты пенопласта толщиной в 10 см
По такому алгоритму легко подсчитать оптимальную величину теплоизоляции для всех участков дома, кроме пола. При вычислениях, касающихся утеплителя основания, необходимо обратиться к таблице температуры грунта в регионе проживания. Именно из нее берутся данные для вычисления ГСОП, а далее ведется подсчет сопротивления каждого слоя и искомая величина утеплителя.
Популярные способы утепления дома
Выполнить теплоизоляцию здания можно на этапе возведения или после его окончания. Среди популярных методов:
- Монолитная стена существенной толщины (не менее 40 см) из керамического кирпича или дерева.
- Возведение ограждающих конструкций путем колодезной кладки - создание полости для утеплителя между двумя частями стены.
- Монтаж наружной теплоизоляции в виде многослойной конструкции из утеплителя, обрешетки, влагозащитной пленки и декоративной отделки.
По готовым формулам произвести расчет оптимальной толщины утеплителя можно без помощи специалиста. При вычислении следует округлять число в большую сторону, небольшой запас величины слоя теплоизолятора будет полезен при временных падениях температуры ниже среднего показателя.
Правильная теплоизоляция для стен квартиры или дома заключается не только в выборе определенного типа теплоизоляционного материала, но и в расчете его толщины.
Недостаточное утепление отразится не только на температуре в помещении, но и вызовет перенос точки росы на внутреннюю поверхность стены. Появившийся конденсат повлечет за собой повышение влажности, плесень и гниль на стенах.
С другой стороны, избыточная теплоизоляция, хоть и избавляет от этих проблем, но экономически не выгодна. Даже существенное превышение толщины слоя утепления над расчетным, принесет лишь незначительное увеличение показателя теплозащиты всего строения.
Расчет толщины теплоизоляции
В строительстве существует такое понятие как теплосопротивление – это показатель определяющий способность материала или конструкции сопротивляться переносу тепла из помещения во внешнюю среду.
Коэффициент тепдлосопротивления это постоянная величина, выведенная эмпирическим способом исходя из климатических особенностей региона. Для каждого региона России она индивидуальна. Данные регламентируются СНИП 23-01-99 «Строительная климатология». В таблице приведены некоторые показатели по регионам:
Теплосопротивление стены состоит из сопротивления передаче тепла всех слоев однородных материалов, сюда входят и несущие конструкции и утеплитель.
Толщина утеплителя будет рассчитываться по формуле:
- R reg =δ/k, где
- R reg – теплосопротивление в среднем по региону;
- δ – толщина слоя утеплителя;
- k – коэффициент теплопроводности термоизоляции Вт/м 2 ׺С.
Расчет теплоизоляции стены должен принимать во внимание толщину и материал несущих внешних стен, к которым он будет крепиться.
Данные по коэффициенту теплопроводности некоторых строительных материалов и наиболее распространенных типов современных утеплителей приведены в таблице.
Рассчитаем минимально необходимую толщину наиболее популярного утеплителя пенополистирола для Якутска – R reg =4,9м 2 ׺С/Вт. Если дом построен из силикатного кирпича в два ряда.
Определяем реальное теплосопротивление стены при толщине в два кирпича δ кирпича =0,51 м, k=0,81 Вт/м 2 ׺С, подставляем в формулу.
R кирпича = δ/k = 0,51/0,81 = 0,62 м 2 ׺С/Вт
Рассчитанное значение отнимаем от константы по региону Якутск. Будет получена величина, которую должен перекрыть пенополистирол.
R = R reg - R кирпича = 4.9 – 0.62 = 4.34 м 2 ׺С/Вт Это искомый показатель который нуждается в перекрытии.
δ = R пенопласт × k = 4,34×0,035 = 0,1519 (м),
Из расчетов ясно, что для дома, построенного в Якутии, из двойного силикатного кирпича необходим слой пенополистироловой теплоизоляции толщиной в 152 мм. Учитывая толщину воздушных прослоек внутри стены (между простенками), принимаем рабочую толщину пенополистирола 150 мм.
Утеплители для стен применяемые внутри помещения
Основные требования, кроме низкой теплопроводности, которые предъявляют к термоизоляционным материалам, используемым внутри помещения:
- небольшая толщина изоляционной конструкции, для экономии полезной площади;
- экологическая чистота – материал не должен выделять никаких вредных веществ.
Таким параметрам отвечает несколько типов утеплителей, каждый из которых имеет свои особенности технологии монтажа.
Фольгированные утеплители
Из всей номенклатуры фольгированных материалов, для утепления стен изнутри больше всего подходит термоизоляция на основании вспененного полиэтилена.
Производители выпускают множество марок: Фольгоизол, Алюфом, Экофол, Армафлекс, Джермафлекс, Пенофол, Изолон, Изофлекс. Термоизоляция помещения происходит по двойному принципу. Инфракрасное излучение отражается алюминиевым слоем обратно в помещение, а вспененный полиэтилен толщиной от 2 до 10 мм не дает проникнуть холоду.
Монтаж производится отражающей стороной внутрь помещения. Стыки полотнищ проклеиваются алюминиевым скотчем. Главная особенность устройства такой изоляции – это наличие зазора в 10-20 мм между фольгой и внутренней стороной отделочных декоративных материалов.
Через некоторое время после монтажа тонкого фольгированного вспененного полиэтилена на стену он может провиснуть и потерять часть эффективности. Для того чтобы это предотвратить производится монтаж на клей по все площади поверхности (на бетонные или кирпичные основы), более частое крепление теплоизоляции к деревянной стене скобами из строительного степлера или использование армированного материала.
Одним из современных материалов, которые можно использовать для утепления стен еще на стадии строительства является эковата. Это экологически чистый материал, который на 80% состоит из волокон целлюлозы с активными добавками:
- Буры – предотвращающей горение;
- Борной кислоты – обеспечивающей защиту от грибков, гнили, грызунов и насекомых.
Монтаж эковаты производится с помощью специальных аппаратов напылителей в межстенное пространство. Более подробно процесс напыления можно увидеть здесь:
Теплоизоляция, применяемая с внешней стороны стены
Материалам данного типа предъявляют дополнительные требования, связанные с устойчивостью к негативным влиянием внешней среды:
- Низкое влагопоглощение;
- Морозостойкость – способность выдержать многократные циклы замораживания оттаивания без разрушения;
- Устойчивость к ультрафиолетовому излучению;
- Прочность.
Пенополистирол
Является наиболее распространенным материалом для утепления фасадов. Однако его монтаж довольно трудоемкое занятие. Кроме того при расчете утепления пенополистиролом необходимо добавить стоимость дополнительных материалов и выполнение работ по промежуточной укрепляющей и финишной декоративной отделке фасада.
- Кирпичная стена;
- Специальный монтажный клей для утеплителя;
- Пенополистирол;
- Специальные пластиковые дюбели «зонтик»;
- Монтажная сетка из стекловолокна;
- Клей ля сетки;
- Грунтовка, повышающая адгезию штукатурки;
- Декоративная штукатурка.
Жидкая термоизоляция для стен – новый и прогрессивный теплоизоляционный материал, пока еще не слишком распространенный, но стремительно набирающий популярность.
Она состоит из керамических и силиконовых пористых микросфер на основе полимерного акрилового клеящего состава. Основным преимуществом этого материала является универсальность его применения, он может наноситься на любую стену: бетон кирпич, дерево.
Нанесение легко производится своими руками, кисточкой или при помощи обычного распылителя.
Подобрав необходимый теплоизоляционный материал и произведя расчет его толщины необходимо так же и соблюдать технологию монтажа. Иначе термоизоляционные свойства материала будут существенно снижены.
