See-irf.ru

Обзор строительной техники
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Теплопроводность стен

Как рассчитать теплопроводность стен дома

Как правило, теплосопротивление стен различается по регионам, и утепление помещений необходимо выполнять, учитывая климат. Ведь именно от хорошей теплоизоляции зависит температура внутри помещения и самих стен, а также то, как долго прослужит конструкция дома.

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 кирпичаКоэффициент
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)0,560,700,53
Силикатный, белый0,700,850,44
Керамический пустотелый (плотность 1400 кг/м³)0,410,490,76
Керамический пустотелый (плотность 1000 кг/м³)0,310,351,06

(*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

МатериалТолщина
материала (мм)
Расчетное теплосо-
противлениеа (м² * °С / Вт)
Брус1000,71
Брус1501,07
Кладка из красного кирпича
(плотность 1800 кг/м³)
380
(полтора кирпича)
0,53
Кладка из белого силикатного кирпича380
(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 кирпича510
(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)2001,11
Кладка на клей из газо- пенобетонных блоков (плотность 600 кг/м³)2000,69
Кладка на клей керамзитобетонных блоков на керамзитовом песке и керамзитобетоне (плотность 800 кг/м³)2000,65
Теплоизоляционные материалы
Плиты из каменной ваты ROCKWOOL ФАСАД БАТТС501,25
Ветрозащитные плиты Изоплат250,45
Теплозащитные плиты Изоплат120,27

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.

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;

R2 = 1/αвнеш, где αвнеш — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для условий холодного периода, Вт/(м 2 × °С), принимаемый по таблице 8 СП 23-101-2004;

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

Нормируемые значения сопротивления теплопередаче , R, м 2 ·°С/Вт, ограждающих конструкций для стен

Астраханская обл., Ставропольский край, Краснодарский край

Белгородская обл., Волгоградская обл.

Алтай, Красноярский край, Москва, Санкт Петербург, Владимирская обл.

Особенности теплотехнического расчета наружных стен здания методом анализа используемого утеплителя

Какой утеплитель будет лучше всего использовать необходимо, важно определять так же, как необходимый уровень прочности, долговечности, устойчивости к огню и т.п. параметры при строительстве дома. Холодный воздух, который есть снаружи дома, и теплый внутри могут при неправильном выборе утеплителя и его толщины создать на стенках конденсат, особенно это проявляется в подвалах, где влажность повышена. Подобная боковая прослойка должна быть подобрана с учетом теплопроводности.

Будет приведен пример, который поможет проще понять принцип расчетов. В доме ведется расчет для угловой жилого типа комнаты, в которой есть 1окно размером в 8.12. Здание построено в Московской области. Толщина стен составляет 200мм, размер площади по внешним критериям – 3000х3000.

Требуется выяснить необходимую мощность, чтобы согревать один квадратный метр площади. Ответом будет Qуд = 70 Вт, если установят более тонкий утепляющий материала, то и мощность будет требоваться больше: 100 мм – Qуд= 103 Вт.

Подобная боковая прослойка должна быть подобрана с учетом теплопроводности.

Расчет многослойной конструкции

Теплотехнический расчет наружной стены, состоящей из нескольких слоев, производится следующим образом:

  • по формуле, описанной выше, высчитывается значение термического сопротивления каждого из слоев «стенового пирога»;
  • значения данной характеристики всех слоев складывают вместе, получая суммарное термическое сопротивление стеновой многослойной конструкции.

Исходя из данной методики, можно производить и расчет толщины утеплителя для стен. Для этого необходимо недостающее до нормы термическое сопротивление умножить на коэффициент теплопроводности утеплителя – в итоге получится толщина слоя утеплителя.

С помощью программы ТеРеМОК теплотехнический подсчет выполняется автоматически. Для того чтобы калькулятор теплопроводности стены выполнил расчеты, в него необходимо внести следующие исходные данные:

  • тип здания – жилое, производственное;
  • материал стены;
  • толщина конструкции;
  • регион;
  • требуемая температура и влажность внутри здания;
  • наличие, тип и толщина утеплителя.

Важно! Результатом работы онлайн-сервиса является величина сопротивления теплопередачи стеновых конструкций, ее соответствие норме, а также рекомендуемая толщина утеплителя для устранения теплопотерь.

Теплосопротивление материалов

Кладка из красного кирпича, толщина стены 0,25 м. (в один кирпич)0,36
Кладка из красного кирпича, толщина стены 0,38 м. (полтора кирпича)0,53
Кладка из силикатного кирпича, толщина стены 0,25 м. (в один кирпич)0,30
Кладка из силикатного кирпича, толщина стены 0,38 м. (полтора кирпича)0,44
Кладка из газо-пеноблоков, толщина стены 0,2 м.0,69
Кладка из газо-пеноблоков, толщина стены 0,3 м.0,81
Брус деревянный, 100 мм.0,71
Брус деревянный, 150 мм.1,07
Металл 0,5 – 1,0 мм. (ангары, павильоны, строит. вагончики, крыши домов)0,1

Из таблицы следует, что в соответствии с требованиями СНиП толщина стен жилого дома должна быть:

Исполнение данных условий в современной действительности абсолютно нереально. Вот почему использование утеплителей сегодня – вынужденная необходимость. Чем ниже коэффициент теплопроводности утеплителя, тем меньше его слой.

Как и обещал, поговорим о теплопроводности материалов при строительстве дома и какой же все таки выбрать материал для дома и технологию строительства, основываясь на ваши цели в плане его использования. Произведем расчет теплопроводности стен дома. Сравним материалы, посчитаем, какой дом экономичнее всего отапливать. Особенно, это важно для нас, т.к. нам необходимо отапливать дом около 6 месяцев в году, а в некоторых регионах России еще больше. Проще говоря, какой же дом действительно экономит нам наши деньги?
Речь пойдет о теплопроводности стены, почему стены? Да, потому что выбор основного материала для стен определяет тип, этапы, технологию строительства, а так же теплоэффективность дома в итоге.

Выбираем материал стен дома, основываясь на теплопроводность материалов

Из курса физики мы знаем, что любая система стремится к равновесию. Поэтому, если у нас есть перепады температур, тогда сразу же возникает перетекание тепла. Т.е. тепловая энергия перетекает из теплого в холодное. Таким образом, наш дом будет отдавать свое тепло наружу через все, что только возможно, стены, крышу, пол, окна, двери, как видно на фото из-за разницы температур. В итоге дом полностью остынет и приравняется к внешней температуре.

Поэтому чтобы восполнить эту теплопотерю необходимо постоянно в холодное время отапливать дом. То с какой скоростью перетекает тепло из горячей зоны в холодную и есть теплопроводность. Как мы понимаем, разные материалы имеют разную теплопроводность и можно померить это благодаря коэффициенту теплопроводности.

Посчитать это можно по данной формуле расчета коэффициента теплопроводности. То есть, сколько тепла за единицу времени протекает через 1 кв.м. материала при градиенте температур 1 градус на 1 метр (на рисунке это показано с одной стороны куба 20 градусов с другой 19 градусов)

Коэффициент теплопроводности кирпича, коэффициент теплопроводности дерева

Мы видим из подсчетов, что у дерева теплопроводность в 3 раза меньше. Это означает, что при прочих равных условиях (равная толщина материала и температур) протекаемость тепла в кирпиче в 3 раза быстрее, а в дереве в 3 раза медленнее относительно кирпича. Поэтому дерево более энергосберегающий материал. Если мы хотим чтобы у кирпича была такая теплопотеря, как у дерева, значит, толщину кирпича нужно увеличить втрое. Простая арифметика!
Теперь посмотрим, что будет в случае с каркасным домом. В каркасном доме 90% объема стены занимает утеплитель, в нашем случае возьмем самый экологичный материал – каменную вату на базальтовой основе. На фото мы видим, что коэффициент теплопроводности 0,038, а это в 5 раз меньше теплопроводность, чем у дерева, а с кирпичом разница аж в 15 раз.

На одной из выставок, я увидел замечательный стенд, который наши расчеты и подтверждает.
На этом стенде сравниваются: сверху дерево (клееный брус), пеноблок и каркасник.
Все материалы равной толщины. С одной стороны материал нагревается пленочным теплым полом, с другой стороны стоит термометр, который показывает уровень исходящего тепла. Конечно, качество фото оставляет желать лучшего.
Итак… смотрим на стенд с разных сторон

Смотрим на нижние показатели на градуснике, к сожалению практически не видно цифр на градуснике, поэтому я назову их сверху вниз:
Дерево – 28° С
Пеноблок – почти 30° С
Каркасная стена – 25° С

Каркасная стена забирает победную золотую медаль, это не сложно объяснить, т.к. утеплитель имеет меньшую плотность и дает большую воздушность, а значит максимально удерживает тепло.

Расход энергии на отопление, расчет расходов на отопление

Меня так же интересовала, какой будет расход тепловой энергии и сколько нужно будет затрачивать в месяц на отопление дома, с помощью электричества, хотя Россия и богата газом, к сожалению, его еще далеко не везде провели.
Давайте вместе научимся считать, сколько придется платить за электричество своего дома.
Возьмем, к примеру, дом 7*7 с высотой стен в 5 метров.

Формула расчета тепла

Расчет расхода тепла кирпичной стены

Стена у нас будет 20 см. Снаружи температура -10°, а внутри +20°, в итоге, градиент получается 30 градусов. Здесь сделали определенные допущения, что тепло выходит только из стен, нам тут важно понять сам принцип. Из прошлых расчетов, мы помним, что лямбда кирпичной стены=0,56

Итак, 0,56*21000 = 11760 (Вт), если перевести это в киловатты, то в час у нас будет уходить 11,76 кВт*ч. Считаем сколько придется платить за электричество в месяц при кирпичной стене в 20 см. и минус 10° за окном.

11,76кВт * 24часа * 30 дней * 5 (руб.кВт*ч) = 42 336 руб.мес.
Ого, какая сумма! Но слава богу, что только из кирпича никто не строит, его еще нужно утеплить снаружи и изнутри.
К примеру, стены у сталинских домов толщиной в 1 метр. При таком раскладе, нужно будет платить в 5 раз меньше – 8467 руб.мес. И это тоже очень даже не мало.

Расчет расхода тепла деревянной стены

Посмотрим, что творится с деревянной стеной, клееным брусом. Берем те, же исходные данные, толщина стены 20см. и -10° за окном.

Если мы все перемножим, то получается 13680 рублей в месяц на электроэнергию.
Мы, конечно, тут допускаем много недочетов в расчетах, но все это близко к нашим реалиям. Но мы точно выяснили, что кирпич отапливать в 3 раза дороже.

Расчет расхода тепла каркасной стены

Сейчас посмотрим, что происходит с показателями по расходам на отопление в каркасных домах.

Стена состоит на 90% из утеплителя, каменной ваты. Здесь уже расход очень даже радует, в месяц нужно затратить всего 2873 рубля. Меньше 1-го киловатта отдаем мощности. Это уже близко к расходам по квартплате. Прошу вас никогда не использовать в своих жилых домах экструдированные пенополистирол — это ядовитый утеплитель, который активно рекламируют производители открыто обманывая нас. О ядовитых свойствах этого утеплителя, я подробнее написал в предыдущем посте — Дома из СИП панелей .

Конечно, если топить газом, это будет в разы дешевле. Но история последних лет, говорит о том, что скорость увеличения цен на газ намного быстрее, чем у электричества.
Но если у вас есть возможность провести газ, то конечно, лучше отапливать газом и не нести такие существенные расходы на отопление вашего загородного дома.

Теплоемкость кирпича, дерева и каркаса. За сколько времени прогреется кирпичный, деревянный и каркасный дом?

Теплоемкость – сколько нужно потратить тепловой энергии, чтобы нагреть 1 кг вещества на 1 градус.

При нагреве воды и воздуха, уходит различное количество энергии, так они имеет различную теплоемкость.

Возьмем 3-х киловаттный обогреватель и воздух в доме можно прогреть очень быстро, но почему тогда в результате дом все равно остается холодным?

Многие об этом даже не задумываются, хотя исходя из этого параметра теплоемкости и целей использования дома, вам и нужно выбирать материал стен вашего загородного дома.

Об этом показателе поговорим в моем следующем посте. Я расскажу подробно о теплоемкости материалов стен со всеми вытекающими вычислениями, точно как я рассказал вам сегодня.

Сделать расчеты количества материалов стен можно на калькуляторе наружных стен из пеноблока, кирпича, каркаса или бруса. Заходите и читайте! Поставьте лайк, займет всего секунду вашего времени, а мне будет приятно!

Читать еще:  Крепление мауэрлата проволокой
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector