Выбор теплоизоляции, вариантов утепления стен, перекрытий и других огрождающих конструкций для большинства заказчиков-застройщиков задача сложная. Слишком много противоречивых проблем требуется решить одновременно. Данная страничка поможет Вам во всем этом разобраться.
В настоящее время теплосбережение энергоресурсов приобрело большое значение. Согласно СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», сопротивление теплопередаче определяется по одному из двух альтернативных подходов:
- предписывающему (нормативные требования предьявляются к отдельным элементам теплозащиты здания: наружным стенам, полам над не отапливаемым пространствами, покрытиям и чердачным перекрытиям, окнам, входным дверям и т.п.)
- потребительскому (сопротивление теплопередачи ограждения может быть снижено по отношению к предписывающему уровню при условии, что проектный удельный расход тепловой энергии на отопление здания ниже нормативного).
Санитарно-гигиенические требования должны выполняться всегда.
К ним относятся
Требование, что бы перепад между температурами внутреннего воздуха и на поверхности огрождающих конструкций не превышали допустимых значений. Максимальные допустимые значения перепада для наружной стены 4°С, для покрытия и чердачного перекрытия 3°С и для перекрытия над подвалами и подпольями 2°С.
Требование, что бы температура на внутренней поверхности ограждения была выше температуры точки росы.
Для Москвы и ее области требуемое теплотехническое сопротивление стены по потребительскому подходу составляет 1,97 °С·м. кв./Вт, а по предписывающему подходу:
- для дома постоянного проживания 3,13 °С·м. кв./ Вт,
- для административных и других общественных зданий в т.ч. зданий сезонного проживания 2,55 °С·м. кв./ Вт.
Таблица толщин и термических сопротивление материалов для условий Москвы и ее области.
| Наименование материала стены | Толщина стены и соответствующее ей термическое сопротивление | Необходимая толщина по потребительскому подходу (R=1,97 °С·м. кв./ Вт) и по предписывающему подходу (R=3,13 °С·м. кв./ Вт) |
|---|---|---|
| Полнотелый сплошной глиняный кирпич (плотность 1600 кг/м. куб) | 510 мм (кладка в два кирпича), R=0,73 °С·м. кв./Вт | 1380 мм 2190 мм |
| Керамзитобетон (плотность 1200 кг/м. куб.) | 300 мм, R=0,58 °С·м. кв./Вт | 1025 мм 1630 мм |
| Деревянный брус | 150 мм, R=0,83 °С·м. кв./Вт | 355 мм 565 мм |
| Деревянный щит с заполнением минеральной ватой (толщины внутренней и наружной обшивки из досок по 25 мм) | 150 мм, R=1,84 °С·м. кв./Вт | 160 мм 235 мм |
Таблица требуемых сопротивлений теплопередаче огрождающих конструкций в домах Московской области.
| Наружная стена | Окно, балконная дверь | Покрытие и перекрытия | Перекрытие чердачное и перекрытия над неотапливаемыми подвалами | Входной двери |
|---|---|---|---|---|
| По предписывающему подходу | ||||
| 3,13 | 0,54 | 3,74 | 3,30 | 0,83 |
| По потребительскому подходу | ||||
| 1,97 | 0,51 | 4,67 | 4,12 | 0,79 |
Из этих таблиц видно, что большинство загородного жилья в Подмосковье не удовлетворяют требованиям по теплосбережению, при этом даже потребительский подход несоблюдается во многих вновь строящихся зданиях.
Поэтому, подбирая котел или обогревательные приборы только по указанным в их документации способности обогреть определенную площадь, Вы утверждаете, что Ваш дом построен со строгим учетом требований СНиП 23-02-2003.
Из вышеизложенного материала следует вывод. Для правильного выбора мощности котла и обогревательных приборов, необходимо рассчитать реальные теплопотери помещений Вашего дома.
Ниже мы покажем несложную методику расчета теплопотерь Вашего дома.
Дом теряет тепло через стену, крышу, сильные выбросы тепла идут через окна, в землю тоже уходит тепло, существенные потери тепла могут приходиться на вентиляцию.
Тепловые потери в основном зависят от:
- разницы температур в доме и на улице (чем разница больше, тем потери выше),
- теплозащитных свойств стен, окон, перекрытий, покрытий (или, как говорят ограждающих конструкций).
Ограждающие конструкции сопротивляются утечкам тепла, поэтому их теплозащитные свойства оценивают величиной, называемой сопротивлением теплопередачи.
Сопротивление теплопередачи показывает, какое количество тепла уйдет через квадратный метр ограждающей конструкции при заданном перепаде температур. Можно сказать и наоборот, какой перепад температур возникнет при прохождении определенного количества тепла через квадратный метр ограждений.
где q - это количество тепла, которое теряет квадратный метр ограждающей поверхности. Его измеряют в ваттах на квадратный метр (Вт/м. кв.); ΔT - это разница между температурой на улице и в комнате (°С) и, R - это сопротивление теплопередачи (°С/ Вт/м. кв. или °С·м. кв./ Вт).
Когда речь идет о многослойной конструкции, то сопротивление слоев просто складываются. Например, сопротивление стены из дерева, обложенного кирпичом, является суммой трех сопротивлений: кирпичной и деревянной стенки и воздушной прослойки между ними:
R(сумм.)= R(дерев.) + R(воз.) + R(кирп.).
Распределение температуры и пограничные слои воздуха при передаче тепла через стену
Расчет на теплопотери проводят для самого неблагоприятного периода, которым является самая морозная и ветреная неделя в году.
В строительных справочниках, как правило, указывают тепловое сопротивление материалов исходя из этого условия и климатического района (или наружной температуры), где находится Ваш дом.
Таблица - Сопротивление теплопередачи различных материалов при ΔT = 50 °С (Т нар. = -30 °С, Т внутр. = 20 °С.)
| Материал и толщина стены | Сопротивление теплопередаче R m
, |
|---|---|
| Кирпичная стена толщиной в 3 кирпича (79 см) толщиной в 2,5 кирпича (67 см) толщиной в 2 кирпича (54 см) толщиной в 1 кирпич (25 см) |
0,592 0,502 0,405 0,187 |
| Сруб из бревен Ø 25 Ø 20 |
0,550 0,440 |
| Сруб из бруса толщиной 20 см |
0,806 0,353 |
| Каркасная стена (доска + минвата + доска) 20 см |
0,703 |
| Стена из пенобетона 20 см 30 см |
0,476 0,709 |
| Штукатурка по кирпичу, бетону, пенобетону (2-3 см) |
0,035 |
| Потолочное (чердачное) перекрытие | 1,43 |
| Деревянные полы | 1,85 |
| Двойные деревянные двери | 0,21 |
Таблица - Тепловые потери окон различной конструкции при ΔT = 50 °С (Т нар. = -30 °С, Т внутр. = 20 °С.)
Примечание
|
Как видно из предыдущей таблицы, современные стеклопакеты позволяют уменьшить теплопотери окна почти в два раза. Например, для десяти окон размером 1,0 м х 1,6 м экономия достигнет киловатта, что в месяц дает 720 киловатт-часов.
Для правильного выбора материалов и толщин ограждающих конструкций применим эти сведения к конкретному примеру.
В расчете тепловых потерь на один кв. метр участвуют две величины:
- перепад температур ΔT,
- сопротивления теплопередаче R.
Температуру в помещении определим в 20 °С, а наружную температуру примем равной -30 °С. Тогда перепад температур ΔT будет равным 50 °С. Стены выполнены из бруса толщиной 20 см, тогда R= 0,806 °С·м. кв./ Вт.
Тепловые потери составят 50 / 0,806 = 62 (Вт/м. кв.).
Для упрощения расчетов теплопотерь в строительных справочниках приводят теплопотери разного вида стен, перекрытий и т.д. для некоторых значений зимней температуры воздуха. В частности, даются разные цифры для угловых помещений (там влияет завихрение воздуха, отекающего дом) и неугловых, а также учитывается разная тепловая картина для помещений первого и верхнего этажа.
Таблица - Удельные теплопотери элементов ограждения здания (на 1 кв.м. по внутреннему контуру стен) в зависимости от средней температуры самой холодной недели в году.
Примечание
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Таблица - Удельные теплопотери элементов ограждения здания (на 1 кв.м. по внутреннему контуру) в зависимости от средней температуры самой холодной недели в году.
| Характеристика ограждения | Наружная температура, °С | Теплопотери, кВт |
|---|---|---|
| Окно с двойным остеклением | -24 -26 -28 -30 |
117 126 131 135 |
| Сплошные деревянные двери (двойные) | -24 -26 -28 -30 |
204 219 228 234 |
| Чердачное перекрытие | -24 -26 -28 -30 |
30 33 34 35 |
| Деревянные полы над подвалом | -24 -26 -28 -30 |
22 25 26 26 |
Рассмотрим пример расчета тепловых потерь двух разных комнат одной площади с помощью таблиц.
Пример 1.
Угловая комната (первый этаж)
Характеристики комнаты:
- этаж первый,
- площадь комнаты - 16 кв.м. (5х3,2),
- высота потолка - 2,75 м,
- наружных стен - две,
- материал и толщина наружных стен - брус толщиной 18 см, обшит гипсокартонном и оклеен обоями,
- окна - два (высота 1,6 м, ширина 1,0 м) с двойным остеклением,
- полы - деревянные утепленные, снизу подвал,
- выше чердачное перекрытие,
- расчетная наружная температура -30 °С,
- требуемая температура в комнате +20 °С.
Площадь наружных стен за вычетом окон:
S стен (5+3,2)х2,7-2х1,0х1,6 = 18,94 кв. м.
Площадь окон:
S окон = 2х1,0х1,6 = 3,2 кв. м.
Площадь пола:
S пола = 5х3,2 = 16 кв. м.
Площадь потолка:
S потолка = 5х3,2 = 16 кв. м.
Площадь внутренних перегородок в расчете не участвует, так как через них тепло не уходит - ведь по обе стороны перегородки температура одинакова. Тоже относится и к внутренней двери.
Теперь вычислим теплопотери каждой из поверхностей:
Q суммарные = 3094 Вт.
Заметим, что через стены уходит тепла больше чем через окна, полы и потолок.
Результат расчета показывает теплопотери комнаты в самые морозные (Т нар.= -30 °С) дни года. Естественно, чем теплее на улице, тем меньше уйдет из комнаты тепла.
Пример 2
Комната под крышей (мансарда)
Характеристики комнаты:
- этаж верхний,
- площадь 16 кв.м. (3,8х4,2),
- высота потолка 2,4 м,
- наружные стены; два ската крыши (шифер, сплошная обрешетка, 10 см минваты, вагонка), фронтоны (брус толщиной 10 см, обшитый вагонкой) и боковые перегородки (каркасная стена с керамзитовым заполнением 10 см),
- окна - четыре (по два на каждом фронтоне), высотой 1,6 м и шириной 1,0 м с двойным остеклением,
- расчетная наружная температура -30°С,
- требуемая температура в комнате +20°С.
Рассчитаем площади теплоотдающих поверхностей.
Площадь торцевых наружных стен за вычетом окон:
S торц.стен = 2х(2,4х3,8-0,9х0,6-2х1,6х0,8) = 12 кв. м.
Площадь скатов крыши, ограничивающих комнату:
S скатов.стен = 2х1,0х4,2 = 8,4 кв. м.
Площадь боковых перегородок:
S бок.перегор = 2х1,5х4,2 = 12,6 кв. м.
Площадь окон:
S окон = 4х1,6х1,0 = 6,4 кв. м.
Площадь потолка:
S потолка = 2,6х4,2 = 10,92 кв. м.
Теперь рассчитаем тепловые потери этих поверхностей, при этом учтем, что через пол тепло не уходит (там теплое помещение). Теплопотери для стен и потолка мы считаем как для угловых помещений, а для потолка и боковых перегородок вводим 70-процентный коэффициент, так как за ними располагаются неотапливаемые помещения.
Суммарные теплопотери комнаты составят:
Q суммарные = 4504 Вт.
Как видим, теплая комната первого этажа теряет (или потребляет) значительно меньше тепла, чем мансардная комната с тонкими стенками и большой площадью остекления.
Чтобы такое помещение сделать пригодным для зимнего проживания, нужно в первую очередь утеплять стены, боковые перегородки и окна.
Любая ограждающая конструкция может быть представлена в виде многослойной стены, каждый слой которой имеет свое тепловое сопротивление и свое сопротивление прохождению воздуха. Сложив тепловое сопротивление всех слоев, получим тепловое сопротивление всей стены. Также суммируя сопротивление прохождению воздуха всех слоев, поймем, как дышит стена. Идеальная стена из бруса должна быть эквивалентна стене из бруса толщиной 15 - 20 см. Приведенная ниже таблица поможет в этом.
Таблица - Сопротивление теплопередаче и прохождению воздуха различных материалов ΔT=40 °С (Т нар. =-20 °С, Т внутр. =20 °С.)
| Слой стены | Толщина слоя стены | Сопротивление теплопередаче слоя стены | Сопротивл. воздухопро- ницаемости эквивалентно брусовой стене толщиной (см) |
|
|---|---|---|---|---|
| Ro, | Эквивалент кирпичной кладке толщиной (см) |
|||
| Кирпичная кладка из обычного глиняного кирпича толщиной: 12 см |
12 25 50 75 |
0,15 0,3 0,65 1,0 |
12 25 50 75 |
6 12 24 36 |
| Кладка из керамзитобетонных блоков толщиной 39 см с плотностью: 1000 кг / куб м |
39 |
1,0 0,65 0,45 |
75 50 34 |
17 23 26 |
| Пено- газобетон толщиной 30 см плотностью: 300 кг / куб м |
30 |
2,5 1,5 0,9 |
190 110 70 |
7 10 13 |
| Брусовал стена толщиной (сосна) 10 см |
10 15 20 |
0,6 0,9 1,2 |
45 68 90 |
10 15 20 |
Для объективной картины теплопотерь всего дома необходимо учесть
- Потери тепла через контакт фундамента с мерзлым грунтом обычно принимают 15% от потерь тепла через стены первого этажа (с учетом сложности расчета).
- Потери тепла, связанные с вентиляцией. Эти потери рассчитываются с учетом строительных норм (СНиП). Для жилого дома требуется около одного воздухообмена в час, то есть за это время необходимо подать тот же обьем свежего воздуха. Таким образом, потери связанные с вентиляцией, составляют немногим меньше сумме теплопотерь приходящиеся на ограждающие конструкции. Получается, что потери тепла через стены и остекление составляет только 40%, а потери тепла на вентиляцию 50%. В европейских нормах вентиляции и утепления стен, соотношение тепловых потерь составляют 30% и 60%.
- Если стена «дышит», как стена из бруса или бревна толщиной 15 - 20 см, то происходит возврат тепла. Это позволяет снизить тепловые потери на 30%, поэтому полученную при расчете величину теплового сопротивления стены следует умножить на 1,3 (или соответственно уменьшить теплопотери).
Суммировав все теплопотери дома, Вы определите, какой мощности генератор тепла (котел) и отопительные приборы необходимы для комфортного обогрева дома в самые холодные и ветряные дни. Также, расчеты подобного рода покажут, где «слабое звено» и как его исключить с помощью дополнительной изоляции.
Рассчитать расход тепла можно и по укрупненным показателям. Так, в одно- и двухэтажных не сильно утепленных домах при наружной температуре -25 °С требуется 213 Вт на один квадратный метр общей площади, а при -30 °С - 230 Вт. Для хорошо утепленных домов - это: при -25 °С - 173 Вт на кв.м. общей площади, а при -30 °С - 177 Вт.
- Стоимость теплоизоляции относительно стоимости всего дома существенно мала, однако при эксплуатации здания основные затраты приходятся именно на отопление. На теплоизоляции ни в коем случае нельзя экономить, особенно при комфортном проживании на больших площадях. Цены на энергоносители во всем мире постоянно повышаются.
- Современные строительные материалы обладают более высоким термическим сопротивлением, чем материалы традиционные. Это позволяет делать стены тоньше, а значит, дешевле и легче. Все это хорошо, но у тонких стен меньше теплоемкость, то есть они хуже запасают тепло. Топить приходиться постоянно - стены быстро нагреваются и быстро остывают. В старых домах с толстыми стенами жарким летним днем прохладно, остывшие за ночь стены «накопили холод».
- Утепление необходимо рассматривать совместно с воздухопроницаемостью стен. Если увеличение теплового сопротивления стен связано со значительным уменьшением воздухопроницаемости, то не следует его применять. Идеальная стена по воздухопроницаемости эквивалентна стене из бруса толщиной 15…20 см.
- Очень часто, неправильное применение пароизоляции приводит к ухудшению санитарно-гигиенических свойств жилья. При правильно организованной вентиляции и «дышащих» стенах она излишня, а при плохо воздухопроницаемых стенах это ненужно. Основное ее назначение это предотвращение инфильтрации стен и защита утепления от ветра.
- Утепление стен снаружи существенно эффективнее внутреннего утепления.
- Не следует бесконечно утеплять стены. Эффективность такого подхода к энергосбережению - не высока.
- Вентиляция - вот основные резервы энергосбережения.
- Применив современные системы остекления (стеклопакеты, теплозащитное стекло и т.п.), низкотемпературные обогревающие системы, эффективную теплоизоляцию ограждающих конструкций, можно сократить затраты на отопление в 3 раза.
Варианты дополнительного утепления конструкций зданий на базе строительной теплоизоляции типа «ISOVER», при наличии в помещениях систем воздухообмена и вентиляции.
Расчет теплопотерь дома - основа отопительной системы . Он нужен, как минимум, чтобы правильно подобрать котёл. Также можно прикинуть, сколько денег будет уходить на отопление в планируемом доме, провести анализ финансовой эффективности утепления т.е. понять окупятся ли затраты на монтаж утепления экономией топлива за срок службы утеплителя. Очень часто подбирая мощность отопительной системы помещения, люди руководствуются средним значением в 100 Вт на 1 м 2 площади при стандартной высоте потолков до трех метров. Однако, не всегда эта мощность достаточна для полного восполнения теплопотерь. Здания различаются по составу строительных материалов, их объему, нахождению в разных климатических зонах и т.д. Для грамотного расчета теплоизоляции и подбора мощности отопительных систем необходимо знать о реальных теплопотерях дома. Как их рассчитать - расскажем в этой статье.
Основные параметры для расчета теплопотерь
Теплопотери любого помещения зависят от трех базовых параметров:
- объем помещения – нас интересует объем воздуха, который необходимо отопить
- разницу температуры внутри и снаружи помещения – чем больше разница тем быстрее происходит теплообмен и воздух теряет тепло
- теплопроводность ограждающих конструкций – способность стен, окон удерживать тепло
Самый простой рассчет теплопотерь
Qт (кВт/час)=(100 Вт/м2 x S (м2) x K1 x K2 x K3 x K4 x K5 x K6 x K7)/1000
Данная формула расчета теплопотерь по укрупненным показателям, в основе которых лежат усредненные условия 100 Вт на 1кв метр. Где основными рассчетными показателями для расчета системы отопления являются следующие величины:
Qт - тепловая мощность предполагаемого отопителя на отработанном масле, кВт/час.
100 Вт/м2 - удельная величина тепловых потерь (65-80 ватт/м2). В нее входят утечки тепловой энергии путем ее поглощения оконами, стенами, потолком полом; утечки через вентиляцию и негерметичности помещения и другие утечки.
S - площадь помещения;
K1 - коэффициент теплопотерь окон:
- обычное остекление К1=1,27
- двойной стеклопакет К1=1,0
- тройной стеклопакет К1=0,85;
К2 - коэффициент теплопотерь стен:
- плохая теплоизоляция К2=1,27
- стена в 2 кирпича или утеплитель 150 мм толщиной К2=1,0
- хорошая теплоизоляция К2=0,854
К3 коэффициент соотношения площадей окон и пола:
- 10% К3=0,8
- 20% К3=0,9
- 30% К3=1,0
- 40% К3=1,1
- 50% К3=1,2;
K4 - коэффициент наружной температуры:
- -10oC K4=0,7
- -15oC K4=0,9
- -20oC K4=1,1
- -25oC K4=1,3
- -35oC K4=1,5;
K5 - число стен, выходящих наружу:
- одна - К5=1,1
- две К5=1,2
- три К5=1,3
- четыре К5=1,4;
К6 - тип помещения, которое находится над расчитываемым:
- холодный чердак К6=1,0
- теплый чердак К6=0,9
- отапливаемое помещение К6-0,8;
K7 - высота помещения:
- 2,5 м К7=1,0
- 3,0 м К7=1,05
- 3,5 м К7=1,1
- 4,0 м К7=1,15
- 4,5 м К7=1,2.
Упрощенный рассчет теплопотерь дома
Qт = (V x ∆t x k)/860; (кВт)
V
- объем помещения (куб.м)
∆t
- дельта температур (уличной и в помещении)
k
- коэффициент рассеивания
- k= 3,0-4,0 – без теплоизоляции. (Упрощенная деревянная конструкция или конструкция из гофрированного металлического листа).
- k= 2,0-2,9 – небольшая теплоизоляция. (Упрощенная конструкция здания, одинарная кирпичная кладка, упрощенная конструкция окон и крыши).
- k= 1,0-1,9 – средняя теплоизоляция. (Стандартная конструкция, двойная кирпичная кладка, небольшое число окон, крыша со стандартной кровлей).
- k= 0,6-0,9 – высокая теплоизоляция. (Улучшенная конструкция, кирпичные стены с двойной теплоизоляцией, небольшое количество окон со сдвоенными рамами, толстое основание пола, крыша из высококачественного теплоизоляционного материала).
В данной формуле очень условно учитываются коэффициент рассеивания и не совсем понятно каким коэффициентами пользоваться. В классике редкое современное, выполненное из современных материалов с учетом действующих стандартов, помещение обладает ограждающими конструкциями с коэффициентом рассеивания более одного. Для более детального понимания методики расчёта предлагаем следующие более точные методики.
Сразу же акцентирую ваше внимание на то, что ограждающие конструкции в основном не являются однородными по структуре, а обычно состоят из нескольких слоёв. Пример: стена из ракушника = штукатурка + ракушник + наружная отделка. В эту конструкцию могут входить и замкнутые воздушные прослойки (пример: полости внутри кирпичей или блоков). Вышеперечисленные материалы имеют отличающиеся друг от друга теплотехнические характеристики. Основной такой характеристикой для слоя конструкции является его сопротивление теплопередачи R .
q – это количество тепла, которое теряет квадратный метр ограждающей поверхности (измеряется обычно в Вт/м.кв.)
ΔT - разница между температурой внутри рассчитываемого помещения и наружной температурой воздуха (температура наиболее холодной пятидневки °C для климатического района в котором находится рассчитываемое здание).
В основном внутренняя температура в помещениях принимается:
- Жилые помещения 22С
- Нежилые 18С
- Зоны водных процедур 33С
Когда речь идёт о многослойной конструкции, то сопротивления слоёв конструкции складываются. Отдельно хочу акцентировать ваше внимание на расчётном коэффициенте теплопроводности материала слоя λ Вт/(м°С) . Так как производители материалов чаще всего указывают его. Имея расчётный коэффициент теплопроводности материала слоя конструкции мы легко можем получить сопротивление теплопередачи слоя :
δ - толщина слоя, м;
λ - расчётный коэффициент теплопроводности материала слоя конструкции, с учетом условий эксплуатации ограждающих конструкций, Вт / (м2 оС).
Итак для расчёта тепловых потерь через ограждающие конструкции нам нужны:
1. Сопротивление теплопередачи конструкций (если конструкция многослойная то Σ R слоёв)
R
2. Разница между температурой в расчётном помещении и на улице (температура наиболее холодной пятидневки °C.). ΔT
3. Площади ограждений F (Отдельно стены, окна, двери, потолок, пол)
4. Ориентация здания по отношению к сторонам света.
Формула для расчёта теплопотерь ограждением выглядит так:
Qогр=(ΔT / Rогр)* Fогр * n *(1+∑b)
Qогр
- тепло потери через ограждающие конструкции, Вт
Rогр
– сопротивление теплопередаче, м.кв.°C/Вт; (Если несколько слоёв то ∑ Rогр слоёв)
Fогр
– площадь ограждающей конструкции, м;
n
– коэффициент соприкосновения ограждающей конструкции с наружным воздухом.
|
Тип ограждающей конструкции |
Коэффициент n |
|
1. Наружные стены и покрытия (в том числе вентилируемые наружным воздухом), перекрытия чердачные (с кровлей из штучных материалов) и над проездами; перекрытия над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне |
|
|
2. Перекрытия над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом; перекрытия чердачные (с кровлей из рулонных материалов); перекрытия над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне |
|
|
3. Перекрытия над не отапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах |
|
|
4. Перекрытия над не отапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенные выше уровня земли |
|
|
5. Перекрытия над не отапливаемыми техническими подпольями, расположенными ниже уровня земли |
(1+∑b) – добавочные потери теплоты в долях от основных потерь. Добавочные потери теплоты b через ограждающие конструкции следует принимать в долях от основных потерь:
а) в помещениях любого назначения через наружные вертикальные и наклонные (вертикальная проекция) стены, двери и окна, обращенные на север, восток, северо-восток и северо-запад - в размере 0,1, на юго-восток и запад - в размере 0,05; в угловых помещениях дополнительно - по 0,05 на каждую стену, дверь и окно, если одно из ограждений обращено на север, восток, северо-восток и северо-запад и 0,1 - в других случаях;
б) в помещениях, разрабатываемых для типового проектирования, через стены, двери и окна, обращенные на любую из сторон света, в размере 0,08 при одной наружной стене и 0,13 для угловых помещений (кроме жилых), а во всех жилых помещениях - 0,13;
в) через не обогреваемые полы первого этажа над холодными подпольями зданий в местностях с расчетной температурой наружного воздуха минус 40 °С и ниже (параметры Б) - в размере 0,05,
г) через наружные двери, не оборудованные воздушными или воздушно-тепловыми завесами, при высоте зданий Н, м, от средней планировочной отметки земли до верха карниза, центра вытяжных отверстий фонаря или устья шахты в размере: 0,2 Н - для тройных дверей с двумя тамбурами между ними; 0,27 H - для двойных дверей с тамбурами между ними; 0,34 H - для двойных дверей без тамбура; 0,22 H - для одинарных дверей;
д) через наружные ворота, не оборудованные воздушными и воздушно-тепловыми завесами, - в размере 3 при отсутствии тамбура и в размере 1 - при наличии тамбура у ворот.
Для летних и запасных наружных дверей и ворот добавочные потери теплоты по подпунктам “г” и “д” не следует учитывать.
Отдельно возьмём такой элемент как пол на грунте или на лагах. Здесь есть особенности. Пол или стена, не содержащие в своем составе утепляющих слоев из материалов с коэффициентом теплопроводности λ меньше либо равно 1,2 Вт/(м °С), называются не утепленными. Сопротивление теплопередаче такого пола принято обозначать Rн.п, (м2 оС) / Вт. Для каждой зоны не утепленного пола предусмотрены нормативные значения сопротивления теплопередаче:
- зона I - RI = 2,1 (м2 оС) / Вт;
- зона II - RII = 4,3 (м2 оС) / Вт;
- зона III - RIII = 8,6 (м2 оС) / Вт;
- зона IV - RIV = 14,2 (м2 оС) / Вт;
Первые три зоны представляют собой полосы, расположенные параллельно периметру наружных стен. Остальную площадь относят к четвертой зоне. Ширина каждой зоны равна 2 м. Начало первой зоны находится в месте примыкания пола к наружной стене. Если неутеплёный пол примыкает к стене заглублённой в грунт то начало переносится к к верхней границе заглубления стены. Если в конструкции пола, расположенного на грунте, имеются утепляющие слои, его называют утепленным, а его сопротивление теплопередаче Rу.п, (м2 оС) / Вт, определяется по формуле:
Rу.п. = Rн.п. + Σ (γу.с. / λу.с)
Rн.п
- сопротивление теплопередаче рассматриваемой зоны неутепленного пола, (м2 оС) / Вт;
γу.с
- толщина утепляющего слоя, м;
λу.с
- коэффициент теплопроводности материала утепляющего слоя, Вт/(м·°С).
Для пола на лагах сопротивление теплопередаче Rл, (м2 оС) / Вт, рассчитывается по формуле:
Rл = 1,18 * Rу.п
Теплопотери каждой ограждающей конструкции считаются отдельно. Величина теплопотерь через ограждающие конструкции всего помещения будет сумма теплопотерь через каждую ограждающую конструкцию помещения. Важно не напутать в измерениях. Если вместо (Вт) появится (кВт) или вообще (ккал) получите неверный результат. Ещё можно по невнимательности указать Кельвины (K) вместо градусов Цельсия (°C).
Продвинутый рассчет теплопотерь дома
Отопление в гражданских и жилых зданиях теплопотери помещений состоят из теплопотерь через различные ограждающие конструкции, такие как окна, стены, перекрытия, полы а также теплорасходов на нагревание воздуха, который инфильтрируется сквозь неплотности в защитных сооружениях (ограждающих конструкциях) даного помещения. В промышленных зданиях существуют и другие виды теплопотерь. Расчет теплопотерь помещения производится для всех ограждающих конструкций всех отапливаемых помещений. Могут не учитываться теплопотери через внутренние конструкции, при разности температуры в них с температурой соседних помещений до 3С. Теплопотери через ограждающие конструкции расчитываются по следующей формуле, Вт:
Qогр = F (tвн – tнБ) (1 + Σ β) n / Rо
tнБ
– темп-ра наружного воздуха, оС;
tвн
– темп-ра в помещении, оС;
F
– площадь защитного сооружения, м2;
n
– коэффициент, который учитывает положение ограждения или защитного сооружения (его наружной поверхности) относительно наружного воздуха;
β
– теплопотери добавочные, доли от основных;
Rо
– сопротивление теплопередаче, м2·оС / Вт, которое определяется по следующей формуле:
Rо = 1/ αв + Σ (δі / λі) + 1/ αн + Rв.п., где
αв – коэффициент тепловосприятия ограждения (его внутренней поверхности), Вт/ м2· о С;
λі и δі – расчетный коэффициент теплопроводности для материала данного слоя конструкции и толщина этого слоя;
αн – коэффициент теплоотдачи ограждения (его наружной поверхности), Вт/ м2· о С;
Rв.n – в случае наличия в конструкции замкнутой воздушной прослойки, ее термосопротивление, м2· о С / Вт (см. табл.2).
Коэф-ты αн и αв принимаются согласно СНиП а для некоторых случаев приведены в таблице 1;
δі – обычно назначается согласно заданию или определяется по чертежах ограждающих конструкций;
λі – принимается по справочникам.
Таблица 1. Коэффициенты тепловосприятия αв и теплоотдачи αн
|
Поверхность ограждающей конструкции |
αв, Вт/ м2· о С |
αн, Вт/ м2· о С |
|
Поверхность внутренняя полов, стен, гладких потолков |
||
|
Поверхность наружная стен, бесчердачных перекрытий |
||
|
Перекрытия чердачные и перекрытия над подвалами неотапливаемыми со световыми проемами |
||
|
Перекрытия над подвалами неотапливаемыми без световых проемов |
Таблица 2. Сопротивление термическое замкнутых воздушных прослоек Rв.n, м2· о С / Вт
|
Толщина прослойки воздушной, мм |
Горизонтальная и вертикальная прослойки при тепловом потоке снизу вверх |
Прослойка горизонтальная при тепловом потоке сверху вниз |
||
|
При температуре в пространстве воздушной прослойки |
||||
Для дверей и окон сопротивление теплопередаче рассчитывается очень редко, а чаще принимается в зависимости от их конструкции по справочным данным и СНиПам. Площади ограждений для расчетов определяются, как правило, согласно строительных чертежей. Температуру tвн для жилых зданий выбирают из приложения і, tнБ – из приложения 2 СНиП в зависимости от расположения строительного объекта. Добавочные теплопотери указаны в табл.3, коэф-ент n – в табл.4.
Таблица 3. Добавочные теплопотери
|
Ограждение, его тип |
Условия |
Добавочные теплопотери β |
|
Окна, двери и н аружные вертикальные стены: |
ориентация на северо-запад восток, север и северо-восток |
|
|
запад и юго-восток |
||
|
Наружные двери, двери с тамбурами 0,2 Н без воздушной завесы при высоте строения Н, м |
двери тройные с двумя тамбурами |
|
|
двери двойные с тамбуром |
||
|
Угловые помещения дополнительно для окон, дверей и стен |
одно из ограждений ориентировано на восток, север, северо-запад или северо-восток |
|
|
другие случаи |
Таблица 4. Величина коэффициента n, который учитывает положение ограждения (его наружной поверхности)
Расход тепла на нагревание наружного инфильтрующегося воздуха в общественных и жилых зданиях для всех типов помещений определяется двумя расчетами. Первый расчет определяет расход тепловой энергии Qі на нагревание наружного воздуха, который поступает в і-е помещение в результате действия естественной вытяжной вентиляции. Второй расчет определяет расход тепловой энергии Qі на подогревание наружного воздуха, который проникает в данное помещение сквозь неплотности ограждений в результате ветрового и (или) теплового давлений. Для расчета принимают наибольшую величину теплопотерь из определенных по следующим уравнениям (1) и (или) (2).
Qі = 0,28 L ρн с (tвн – tнБ) (1)
L, м3/ча
с – расход удаляемого наружу из помещений воздуха, для жилых зданий принимают 3 м3/час на 1 м2 площади жилых помещений, в том числе и кухни;
с
– удельная теплоемкость воздуха (1 кДж /(кг · оС));
ρн
– плотность воздуха снаружи помещения, кг/м3.
Удельный вес воздуха γ, Н/м3, его плотность ρ, кг/м3, определяются согласно формул:
γ= 3463/ (273 +t) , ρ = γ / g , где g = 9,81 м/с2 , t , ° с– температура воздуха.
Расход теплоты на подогревание воздуха, который попадает в помещение через различные неплотности защитных сооружений (ограждений) в результате ветрового и теплового давлений, определяется согласно формулы:
Qі = 0,28 Gі с (tвн – tнБ) k, (2)
где k – коэф-ент, учитывающий встредчный тепловой поток, для раздельно-переплетных балконных дверей и окон принимается 0,8, для одинарных и парно-переплетных окон – 1,0;
Gі – расход воздуха, проникающего (инфильтрируещегося) через защитные сооружения (ограждающие конструкции), кг/ч.
Для балконных дверей и окон значение Gі определяется:
Gі = 0,216 Σ F Δ Рі 0,67 / Rи, кг/ч
где Δ Рі – разница давлений воздуха на внутренней Рвн и наружной Рн поверхностях дверей или окон, Па;
Σ F, м2 – расчетные площади всех ограждений здания;
Rи, м2· ч/кг – сопротивление воздухопроницанию даного ограждения, которое может приниматься согласно приложения 3 СНиП. В панельных зданиях, кроме этого определяется дополнительный расход воздуха, инфильтрующегося через неплотности стыков панелей.
Величина Δ Рі определяется из уравнения, Па:
Δ Рі= (H – hі) (γн – γвн) + 0,5 ρн V2 (се,n – се,р) k1 – ріnt,
где H, м – высота здания от нулевого уровня до устья вентшахты (в бесчердачных зданиях устье обычно располагается на 1 м выше крыши, а в зданиях, имеющих чердак - на 4–5м выше перекрытия чердака);
hі, м – высота от нулевого уровня до верха балконных дверей или окон, для которых проводится расчет расхода воздуха;
γн, γвн – веса удельные наружного и внутреннего воздуха;
се,рu се,n – аэродинамические коэф-ты для подветренной и наветренной поверхностей здания соответственно. Для прямоугольных зданий се,р = –0,6, се,n= 0,8;
V, м/с – скорость ветра, которую для расчета принимают согласно приложения 2;
k1 – коэффициент, который учитывает зависимость скоростного напора ветра и высоты здания;
ріnt, Па – условно-постоянное давление воздуха, которое возникает при работе вентиляции с принудительным побуждением, при расчете жилых зданий ріnt можно не учитывать, поскольку оно равно нолю.
Для ограждений высотой до 5,0м коэффициент k1равен 0,5, высотой до 10 м равен 0,65, при высоте до 20 м – 0,85, а для ограждений 20 м и выше принимается 1,1.
Общие расчетные теплопотери в помещении, Вт:
Qрасч = Σ Qогр + Quнф – Qбыт
где Σ Qогр – суммарные потери тепла через все защитные ограждения помещения;
Qинф – максимальный расход теплоты на нагревание воздуха, который инфильтрируется принятый из расчетов согласно формул (2) u (1);
Qбыт – все тепловыделения от бытовых электрических приборов, освещения, других возможных источников тепла, которые принимаются для кухонь и жилых помещений в размере 21 Вт на 1 м2 расчетной площади.
Владивосток -24.
Владимир -28.
Волгоград -25.
Вологда -31.
Воронеж -26.
Екатеринбург -35.
Иркутск -37.
Казань -32.
Калининград -18
Краснодар -19.
Красноярск -40.
Москва -28.
Мурманск -27.
Нижний Новгород -30.
Новгород -27.
Новороссийск -13.
Новосибирск -39.
Омск -37.
Оренбург -31.
Орел -26.
Пенза -29.
Пермь -35.
Псков -26.
Ростов -22.
Рязань -27.
Самара -30.
Санкт-Петербург -26.
Смоленск -26.
Тверь -29.
Тула -27.
Тюмень -37.
Ульяновск -31.
Выбор теплоизоляции, вариантов утепления стен, перекрытий и других огрождающих конструкций для большинства заказчиков-застройщиков задача сложная. Слишком много противоречивых проблем требуется решить одновременно. Данная страничка поможет Вам во всем этом разобраться.
В настоящее время теплосбережение энергоресурсов приобрело большое значение. Согласно СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», сопротивление теплопередаче определяется по одному из двух альтернативных подходов:
предписывающему (нормативные требования предьявляются к отдельным элементам теплозащиты здания: наружным стенам, полам над не отапливаемым пространствами, покрытиям и чердачным перекрытиям, окнам, входным дверям и т.п.)
потребительскому (сопротивление теплопередачи ограждения может быть снижено по отношению к предписывающему уровню при условии, что проектный удельный расход тепловой энергии на отопление здания ниже нормативного).
Санитарно-гигиенические требования должны выполняться всегда.
К ним относятся
Требование, что бы перепад между температурами внутреннего воздуха и на поверхности огрождающих конструкций не превышали допустимых значений. Максимальные допустимые значения перепада для наружной стены 4°С, для покрытия и чердачного перекрытия 3°С и для перекрытия над подвалами и подпольями 2°С.
Требование, что бы температура на внутренней поверхности ограждения была выше температуры точки росы.
Для Москвы и ее области требуемое теплотехническое сопротивление стены по потребительскому подходу составляет 1,97 °С·м. кв./Вт, а по предписывающему подходу:
для дома постоянного проживания 3,13 °С·м. кв./ Вт,
для административных и других общественных зданий в т.ч. зданий сезонного проживания 2,55 °С·м. кв./ Вт.
Таблица толщин и термических сопротивление материалов для условий Москвы и ее области.
|
Наименование материала стены |
Толщина стены и соответствующее ей термическое сопротивление |
Необходимая толщина по потребительскому подходу (R=1,97 °С·м. кв./ Вт) и по предписывающему подходу (R=3,13 °С·м. кв./ Вт) |
|
Полнотелый сплошной глиняный кирпич (плотность 1600 кг/м. куб) |
510 мм (кладка в два кирпича), R=0,73 °С·м. кв./Вт |
1380 мм 2190 мм |
|
Керамзитобетон (плотность 1200 кг/м. куб.) |
300 мм, R=0,58 °С·м. кв./Вт |
1025 мм 1630 мм |
|
Деревянный брус |
150 мм, R=0,83 °С·м. кв./Вт |
355 мм 565 мм |
|
Деревянный щит с заполнением минеральной ватой (толщины внутренней и наружной обшивки из досок по 25 мм) |
150 мм, R=1,84 °С·м. кв./Вт |
160 мм 235 мм |
Таблица требуемых сопротивлений теплопередаче огрождающих конструкций в домах Московской области.
|
Наружная стена |
Окно, балконная дверь |
Покрытие и перекрытия |
Перекрытие чердачное и перекрытия над неотапливаемыми подвалами |
Входной двери |
|
По предписывающему подходу |
||||
|
По потребительскому подходу |
||||
Из этих таблиц видно, что большинство загородного жилья в Подмосковье не удовлетворяют требованиям по теплосбережению, при этом даже потребительский подход несоблюдается во многих вновь строящихся зданиях.
Поэтому, подбирая котел или обогревательные приборы только по указанным в их документации способности обогреть определенную площадь, Вы утверждаете, что Ваш дом построен со строгим учетом требований СНиП 23-02-2003.
Из вышеизложенного материала следует вывод. Для правильного выбора мощности котла и обогревательных приборов, необходимо рассчитать реальные теплопотери помещений Вашего дома.
Ниже мы покажем несложную методику расчета теплопотерь Вашего дома.
Дом теряет тепло через стену, крышу, сильные выбросы тепла идут через окна, в землю тоже уходит тепло, существенные потери тепла могут приходиться на вентиляцию.
Тепловые потери в основном зависят от:
разницы температур в доме и на улице (чем разница больше, тем потери выше),
теплозащитных свойств стен, окон, перекрытий, покрытий (или, как говорят ограждающих конструкций).
Ограждающие конструкции сопротивляются утечкам тепла, поэтому их теплозащитные свойства оценивают величиной, называемой сопротивлением теплопередачи.
Сопротивление теплопередачи показывает, какое количество тепла уйдет через квадратный метр ограждающей конструкции при заданном перепаде температур. Можно сказать и наоборот, какой перепад температур возникнет при прохождении определенного количества тепла через квадратный метр ограждений.
где q – это количество тепла, которое теряет квадратный метр ограждающей поверхности. Его измеряют в ваттах на квадратный метр (Вт/м. кв.); ΔT – это разница между температурой на улице и в комнате (°С) и, R – это сопротивление теплопередачи (°С/ Вт/м. кв. или °С·м. кв./ Вт).
Когда речь идет о многослойной конструкции, то сопротивление слоев просто складываются. Например, сопротивление стены из дерева, обложенного кирпичом, является суммой трех сопротивлений: кирпичной и деревянной стенки и воздушной прослойки между ними:
R(сумм.)= R(дерев.) + R(воз.) + R(кирп.).
Распределение температуры и пограничные слои воздуха при передаче тепла через стену
Расчет на теплопотери проводят для самого неблагоприятного периода, которым является самая морозная и ветреная неделя в году.
В строительных справочниках, как правило, указывают тепловое сопротивление материалов исходя из этого условия и климатического района (или наружной температуры), где находится Ваш дом.
Таблица – Сопротивление теплопередачи различных материалов при ΔT = 50 °С (Т нар. = –30 °С, Т внутр. = 20 °С.)
|
Материал и толщина стены |
Сопротивление теплопередаче R m , |
|
Кирпичная стена толщиной в 3 кирпича (79 см) толщиной в 2,5 кирпича (67 см) толщиной в 2 кирпича (54 см) толщиной в 1 кирпич (25 см) |
0,592 0,502 0,405 0,187 |
|
Сруб из бревен Ø 25 Ø 20 |
|
|
Сруб из бруса толщиной 20 см толщиной 10 см |
|
|
Каркасная стена (доска + минвата + доска) 20 см |
|
|
Стена из пенобетона 20 см 30 см |
|
|
Штукатурка по кирпичу, бетону, пенобетону (2-3 см) |
|
|
Потолочное (чердачное) перекрытие |
|
|
Деревянные полы |
|
|
Двойные деревянные двери |
Таблица – Тепловые потери окон различной конструкции при ΔT = 50 °С (Т нар. = –30 °С, Т внутр. = 20 °С.)
Примечание Четные цифры в условном обозначении стеклопакета означают воздушный зазор в мм; Символ Ar означает, что зазор заполнен не воздухом, а аргоном; Литера К означает, что наружное стекло имеет специальное прозрачное теплозащитное покрытие. |
Как видно из предыдущей таблицы, современные стеклопакеты позволяют уменьшить теплопотери окна почти в два раза. Например, для десяти окон размером 1,0 м х 1,6 м экономия достигнет киловатта, что в месяц дает 720 киловатт-часов.
Для правильного выбора материалов и толщин ограждающих конструкций применим эти сведения к конкретному примеру.
В расчете тепловых потерь на один кв. метр участвуют две величины:
перепад температур ΔT,
сопротивления теплопередаче R.
Температуру в помещении определим в 20 °С, а наружную температуру примем равной –30 °С. Тогда перепад температур ΔT будет равным 50 °С. Стены выполнены из бруса толщиной 20 см, тогда R= 0,806 °С·м. кв./ Вт.
Тепловые потери составят 50 / 0,806 = 62 (Вт/м. кв.).
Для упрощения расчетов теплопотерь в строительных справочниках приводят теплопотери разного вида стен, перекрытий и т.д. для некоторых значений зимней температуры воздуха. В частности, даются разные цифры для угловых помещений (там влияет завихрение воздуха, отекающего дом) и неугловых, а также учитывается разная тепловая картина для помещений первого и верхнего этажа.
Таблица – Удельные теплопотери элементов ограждения здания (на 1 кв.м. по внутреннему контуру стен) в зависимости от средней температуры самой холодной недели в году.
Примечание Если за стеной находится наружное неотапливаемое помещение (сени, застекленная веранда и т. д.), то потери тепла через нее составляют 70% от расчетных, а если за этим неотапливаемым помещением не улица, а еще одно помещение наружу (например, сени, выходящие на веранду), то 40% от расчетного значения. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Таблица – Удельные теплопотери элементов ограждения здания (на 1 кв.м. по внутреннему контуру) в зависимости от средней температуры самой холодной недели в году.
|
Характеристика ограждения |
Наружная температура, °С |
Теплопотери, кВт |
|
Окно с двойным остеклением |
||
|
Сплошные деревянные двери (двойные) |
||
|
Чердачное перекрытие |
||
|
Деревянные полы над подвалом |
Рассмотрим пример расчета тепловых потерь двух разных комнат одной площади с помощью таблиц.
Пример 1.
Угловая
комната (первый этаж)
Характеристики комнаты:
этаж первый,
площадь комнаты – 16 кв.м. (5х3,2),
высота потолка – 2,75 м,
наружных стен – две,
материал и толщина наружных стен – брус толщиной 18 см, обшит гипсокартонном и оклеен обоями,
окна – два (высота 1,6 м, ширина 1,0 м) с двойным остеклением,
полы – деревянные утепленные, снизу подвал,
выше чердачное перекрытие,
расчетная наружная температура –30 °С,
требуемая температура в комнате +20 °С.
Площадь наружных стен за вычетом окон:
S стен (5+3,2)х2,7-2х1,0х1,6 = 18,94 кв. м.
Площадь окон:
S окон = 2х1,0х1,6 = 3,2 кв. м.
Площадь пола:
S пола = 5х3,2 = 16 кв. м.
Площадь потолка:
S потолка = 5х3,2 = 16 кв. м.
Площадь внутренних перегородок в расчете не участвует, так как через них тепло не уходит – ведь по обе стороны перегородки температура одинакова. Тоже относится и к внутренней двери.
Теперь вычислим теплопотери каждой из поверхностей:
Q суммарные = 3094 Вт.
Заметим, что через стены уходит тепла больше чем через окна, полы и потолок.
Результат расчета показывает теплопотери комнаты в самые морозные (Т нар.= –30 °С) дни года. Естественно, чем теплее на улице, тем меньше уйдет из комнаты тепла.
Пример 2
Комната
под крышей (мансарда)
Характеристики комнаты:
этаж верхний,
площадь 16 кв.м. (3,8х4,2),
высота потолка 2,4 м,
наружные стены; два ската крыши (шифер, сплошная обрешетка, 10 см минваты, вагонка), фронтоны (брус толщиной 10 см, обшитый вагонкой) и боковые перегородки (каркасная стена с керамзитовым заполнением 10 см),
окна – четыре (по два на каждом фронтоне), высотой 1,6 м и шириной 1,0 м с двойным остеклением,
расчетная наружная температура –30°С,
требуемая температура в комнате +20°С.
Рассчитаем площади теплоотдающих поверхностей.
Площадь торцевых наружных стен за вычетом окон:
S торц.стен = 2х(2,4х3,8-0,9х0,6-2х1,6х0,8) = 12 кв. м.
Площадь скатов крыши, ограничивающих комнату:
S скатов.стен = 2х1,0х4,2 = 8,4 кв. м.
Площадь боковых перегородок:
S бок.перегор = 2х1,5х4,2 = 12,6 кв. м.
Площадь окон:
S окон = 4х1,6х1,0 = 6,4 кв. м.
Площадь потолка:
S потолка = 2,6х4,2 = 10,92 кв. м.
Теперь рассчитаем тепловые потери этих поверхностей, при этом учтем, что через пол тепло не уходит (там теплое помещение). Теплопотери для стен и потолка мы считаем как для угловых помещений, а для потолка и боковых перегородок вводим 70-процентный коэффициент, так как за ними располагаются неотапливаемые помещения.
Суммарные теплопотери комнаты составят:
Q суммарные = 4504 Вт.
Как видим, теплая комната первого этажа теряет (или потребляет) значительно меньше тепла, чем мансардная комната с тонкими стенками и большой площадью остекления.
Чтобы такое помещение сделать пригодным для зимнего проживания, нужно в первую очередь утеплять стены, боковые перегородки и окна.
Любая ограждающая конструкция может быть представлена в виде многослойной стены, каждый слой которой имеет свое тепловое сопротивление и свое сопротивление прохождению воздуха. Сложив тепловое сопротивление всех слоев, получим тепловое сопротивление всей стены. Также суммируя сопротивление прохождению воздуха всех слоев, поймем, как дышит стена. Идеальная стена из бруса должна быть эквивалентна стене из бруса толщиной 15 – 20 см. Приведенная ниже таблица поможет в этом.
Таблица – Сопротивление теплопередаче и прохождению воздуха различных материалов ΔT=40 °С (Т нар. =–20 °С, Т внутр. =20 °С.)
|
Слой стены |
Толщина слоя стены (см) |
Сопротивление теплопередаче слоя стены |
Сопротивл. воздухопро ницаемости эквивалентно брусовой стене толщиной (см) |
|
|
Эквивалент кирпичной кладке толщиной (см) |
||||
|
Кирпичная кладка из обычного глиняного кирпича толщиной: 12 см 25 см 50 см 75 см |
0,15 0,3 0,65 1,0 |
|||
|
Кладка из керамзитобетонных блоков толщиной 39 см с плотностью: 1000 кг / куб м 1400 кг / куб м 1800 кг / куб м |
||||
|
Пено- газобетон толщиной 30 см плотностью: 300 кг / куб м 500 кг / куб м 800 кг / куб м |
||||
|
Брусовал стена толщиной (сосна) 10 см 15 см 20 см |
||||
Для объективной картины теплопотерь всего дома необходимо учесть
Потери тепла через контакт фундамента с мерзлым грунтом обычно принимают 15% от потерь тепла через стены первого этажа (с учетом сложности расчета).
Потери тепла, связанные с вентиляцией. Эти потери рассчитываются с учетом строительных норм (СНиП). Для жилого дома требуется около одного воздухообмена в час, то есть за это время необходимо подать тот же обьем свежего воздуха. Таким образом, потери связанные с вентиляцией, составляют немногим меньше сумме теплопотерь приходящиеся на ограждающие конструкции. Получается, что потери тепла через стены и остекление составляет только 40%, а потери тепла на вентиляцию 50%. В европейских нормах вентиляции и утепления стен, соотношение тепловых потерь составляют 30% и 60%.
Если стена «дышит», как стена из бруса или бревна толщиной 15 – 20 см, то происходит возврат тепла. Это позволяет снизить тепловые потери на 30%, поэтому полученную при расчете величину теплового сопротивления стены следует умножить на 1,3 (или соответственно уменьшить теплопотери).
Суммировав все теплопотери дома, Вы определите, какой мощности генератор тепла (котел) и отопительные приборы необходимы для комфортного обогрева дома в самые холодные и ветряные дни. Также, расчеты подобного рода покажут, где «слабое звено» и как его исключить с помощью дополнительной изоляции.
Рассчитать расход тепла можно и по укрупненным показателям. Так, в одно- и двухэтажных не сильно утепленных домах при наружной температуре –25 °С требуется 213 Вт на один квадратный метр общей площади, а при –30 °С – 230 Вт. Для хорошо утепленных домов – это: при –25 °С – 173 Вт на кв.м. общей площади, а при –30 °С – 177 Вт.
Стоимость теплоизоляции относительно стоимости всего дома существенно мала, однако при эксплуатации здания основные затраты приходятся именно на отопление. На теплоизоляции ни в коем случае нельзя экономить, особенно при комфортном проживании на больших площадях. Цены на энергоносители во всем мире постоянно повышаются.
Современные строительные материалы обладают более высоким термическим сопротивлением, чем материалы традиционные. Это позволяет делать стены тоньше, а значит, дешевле и легче. Все это хорошо, но у тонких стен меньше теплоемкость, то есть они хуже запасают тепло. Топить приходиться постоянно – стены быстро нагреваются и быстро остывают. В старых домах с толстыми стенами жарким летним днем прохладно, остывшие за ночь стены «накопили холод».
Утепление необходимо рассматривать совместно с воздухопроницаемостью стен. Если увеличение теплового сопротивления стен связано со значительным уменьшением воздухопроницаемости, то не следует его применять. Идеальная стена по воздухопроницаемости эквивалентна стене из бруса толщиной 15…20 см.
Очень часто, неправильное применение пароизоляции приводит к ухудшению санитарно-гигиенических свойств жилья. При правильно организованной вентиляции и «дышащих» стенах она излишня, а при плохо воздухопроницаемых стенах это ненужно. Основное ее назначение это предотвращение инфильтрации стен и защита утепления от ветра.
Утепление стен снаружи существенно эффективнее внутреннего утепления.
Не следует бесконечно утеплять стены. Эффективность такого подхода к энергосбережению – не высока.
Вентиляция – вот основные резервы энергосбережения.
Применив современные системы остекления (стеклопакеты, теплозащитное стекло и т.п.), низкотемпературные обогревающие системы, эффективную теплоизоляцию ограждающих конструкций, можно сократить затраты на отопление в 3 раза.
Варианты дополнительного утепления конструкций зданий на базе строительной теплоизоляции типа «ISOVER», при наличии в помещениях систем воздухообмена и вентиляции.
Утепление черепичной кровли с применением теплоизоляции ISOVER
|
Утепление стены из легких бетонных блоков |
Утепление кирпичной стены с вентилируемым зазором |
Утепление бревенчатой стены |
||
|
|
|
|
Комфорт – штука капризная. Приходят минусовые температуры, сразу становится зябко, и безудержно тянет к домашнему обустройству. Начинается «глобальное утепление». И здесь есть одно «но» — даже просчитав теплопотери дома и смонтировав обогрев «согласно плану», можно остаться лицом к лицу с быстро уходящим теплом. Процессом визуально не заметным, зато отлично чувствующимся через шерстяные носки и большие счета за отопление. Остается вопрос – куда «драгоценное» тепло ушло?
Естественные теплопотери хорошо прячутся за несущие конструкции или «добротно» сделанное утепление, где прорех по умолчанию не должно быть. Но так ли это? Давайте рассмотрим вопрос тепловых утечек для разных элементов конструкции.
Холодные места на стенах
До 30% от всех теплопотерь дома приходится на стены. В современном строительстве они представляют собой многослойные конструкции из разных по теплопроводности материалов. Расчеты для каждой стены можно проводить индивидуально, но есть общие для всех погрешности, через которые из помещения уходит тепло, а снаружи в дом поступает холод.
Место, где изоляционные свойства ослаблены, называется — «мостик холода». Для стен это:
- Кладочные швы
Оптимальный шов кладки – 3мм. Достигается он чаще клеевыми составами мелкой текстуры. Когда объем раствора между блоками увеличивается – растет теплопроводность всей стены. Причем температура шва кладки может быть на 2-4 градуса холоднее основного материала (кирпича, блока и т.п.).
Кладочные швы как «термомост»
- Бетонные перемычки над проемами.
Один из высоких коэффициентов теплопроводности среди строительных материалов (1,28 — 1,61 Вт/ (м*К)) у железобетона. Это делает его источником теплопотерь. Вопрос полностью не решают и ячеистые или пенобетонные перемычки. Разница температур железобетонной балки и основной стены часто близится к 10 градусам.
Изолировать перемычку от холода можно сплошным наружным утеплением. А внутри дома — собрав короб из ГК под карниз. Так создается дополнительная воздушная прослойка для тепла.
- Монтажные отверстия и крепежные элементы.
Подключение кондиционера, ТВ-антенны оставляет прорехи в общем утеплении. Сквозной металлический крепеж и проходное отверстие необходимо плотно заделать утеплителем.
А по возможности, не выводить металлические крепления наружу, зафиксировав их внутри стены.
Дефекты с теплопотерями есть и у утепленных стен
Монтаж поврежденного материала (со сколами, сдавливанием и т.п.) оставляет уязвимые области для утечек тепла. Это хорошо видно при обследовании дома тепловизором. Яркие пятна показывают бреши в наружном утеплении.
При эксплуатации важно следить за общим состоянием утепления. Ошибка в выборе клея (не специального для теплоизоляции, а плиточного) может выдать трещины в конструкции уже через 2 года. Да и основные утеплительные материалы так же имеют свои минусы. Например:
- Минвата – не гниет, и не интересна грызунам, но очень чувствительна к влаге. Поэтому срок ее добротной службы в наружном утеплении около 10 лет — затем появляются повреждения.
- Пенопласт – имеет хорошие изоляционные свойства, но легко поддается грызунам, и не устойчив к силовому воздействию и ультрафиолету. Слой утепления после монтажа требует скорой защиты (в виде конструкции или слоя штукатурки).
В работе с обоими материалами важно соблюсти четкую подгонку замков утеплительных плит и перекрестное расположение листов.
- Пенополиуретан – создает бесшовное утепление, удобен для неровных и изогнутых поверхностей, но уязвим для механических повреждений, и разрушается под УФ-лучами. Покрывать его желательно штукатурной смесью — крепление каркасов сквозь слой утеплителя нарушает общую изоляцию.
Опыт! Потери тепла могут нарастать во время эксплуатации, ведь у всех материалов есть свои нюансы. Лучше периодически оценивать состояние утепления и повреждения устранять сразу. Трещина на поверхности – это «скоростная» дорога к разрушениям утеплителя внутри.
Теплопотери фундамента
Бетон – преобладающий материал в строительстве фундаментов. Его высокая теплопроводность и прямой контакт с грунтом дают до 20% теплопотерь по всему периметру здания. Фундамент особенно сильно проводит тепло из подвального помещения и неправильно смонтированного теплого пола на первом этаже.
Потери тепла увеличивает и лишняя влага, не отведенная от дома. Она разрушает фундамент, создавая лазейки для холода. К влажности чувствительны и многие теплоизоляционные материалы. Например, минвата, которая часто переходит на фундамент с общего утепления. Она легко повреждается влагой, и поэтому требует плотного защитного каркаса. Керамзит так же теряет свои теплоизоляционные свойства на постоянно влажном грунте. Его структура создает воздушную подушку и хорошо компенсирует давление грунтов при замерзании, но постоянное присутствие влаги сводит к минимуму полезные свойства керамзита в утеплении. Именно поэтому создание рабочего дренажа – обязательное условие долгой жизни фундамента и сохранения тепла.
Сюда же по важности можно отнести и гидроизоляционную защиту основания, а так же многослойную отмостку, шириной не меньше метра. При столбчатом фундаменте или пучинистом грунте отмостка по периметру утепляется, что бы защитить от промерзания грунт у основания дома. Утепляется отмостка керамзитом, листами пенополистирола или пенопласта.
Листовые материалы для утепления фундамента лучше выбирать с пазовым соединением, и его обрабатывать специальным силиконовым составом. Герметичность замков перекрывает доступ холоду и гарантирует сплошную защиту фундамента. В этом вопросе бесшовное напыление пенополиуретана имеет бесспорное преимущество. Вдобавок, материал эластичный и не трещит при пучении грунта.
Для всех видов фундаментов можно использовать разработанные схемы утепления. Исключением может быть фундамент на сваях, за счет своей конструкции. Здесь при обработке ростверка важно учитывать пучинистость грунта и выбрать технологию, не разрушающую сваи. Это сложный расчет. Практика же показывает, что дом на сваях защищает от холода грамотно утепленный пол первого этажа.
Внимание! Если в доме есть подвал, и он часто затопляется, то с утеплением фундамента это необходимо учесть. Так как утеплитель/изолятор в данном случае будет закупоривать влагу в фундаменте, и его разрушать. Соответственно – тепло будет теряться еще больше. Первым необходимо решить вопрос с затоплением.
Уязвымые места пола
Неизолированное перекрытие отдает весомую часть тепла фундаменту и стенам. Это особенно заметно при неправильном монтаже теплого пола – нагревательный элемент быстрее остывает, увеличивая затраты на обогрев помещения.
Чтобы тепло от пола уходило в комнату, а не на улицу, нужно проследить, что бы монтаж шел по всем правилам. Основные из которых:
- Защита. На стены по всему периметру помещения крепится демпферная лента (либо фольгированные полистирольные листы шириной до 20 см и толщиной в 1 см). Перед этим обязательно устраняются щели, и поверхность стены выравнивается. Лента фиксируется максимально плотно к стене, изолируя теплопередачу. Когда нет воздушных «карманов» — нет утечек тепла.
- Отступ. От наружной стены до нагревающего контура должно быть не меньше 10 см. Если теплый пол монтируется ближе к стене, то он начинает обогревать улицу.
- Толщина. Характеристики необходимого экрана и утеплителя под теплый пол рассчитывается индивидуально, но к полученным цифрам лучше прибавить 10-15% запаса.
- Отделка. Стяжка поверх пола не должна содержать керамзит (он изолирует тепло в бетоне). Оптимальная толщина стяжки 3-7 см. Присутствие пластификатора в смеси бетона улучшает теплопроводность, а значит и отдачу тепла в помещение.
Серьезное утепление актуально для любого пола, и не обязательно с подогревом. Плохая теплоизоляция превращает пол в большой «радиатор» для грунта. Стоит ли его отапливать зимой?!
Важно! Холодные полы и сырость появляются в доме при не рабочей или не сделанной вентиляции подпольного пространства (не организованы продухи). Ни одна система отопления не компенсирует такой недочет.
Места примыкания строительных конструкций
Соединения нарушают целостные свойства материалов. Поэтому углы, стыки и примыкания настолько уязвимы для холода и влаги. Места соединения бетонных панелей отсыревают первыми, там же проявляются грибок и плесень. Разница температур угла комнаты (место стыковки конструкций) и основной стены может колебаться от 5-6 градусов, до минусовых температур и конденсата внутри угла.
Подсказка! На местах таких соединений мастера рекомендуют делать снаружи увеличенный слой изоляции.
Тепло часто уходит через межэтажное перекрытие, когда плита укладывается на всю толщину стены и ее края выходят на улицу. Здесь увеличиваются теплопотери как первого, так и второго этажа. Формируются сквозняки. Опять же, если на втором этаже есть теплый пол — наружное утепление должно быть на это рассчитано.
Утечки тепла через вентиляцию
Тепло из помещения выводится по обустроенным вентиляционным каналам, обеспечивающим здоровый воздухообмен. Вентиляция, работающая «наоборот», затягивает холод с улицы. Происходит это, когда в помещении создается дефицит воздуха. Например, когда включенный вентилятор в вытяжке забирает слишком много воздуха из помещения, за счет чего он начинает затягиваться с улицы через другие вытяжные каналы (без фильтров и обогрева).
Вопросы, как не выводить большое количество тепла наружу, и как не впускать холодный воздух в дом, давно имеют свои профессиональные решения:
- В вентиляционную систему устанавливаются рекуператоры. Они возвращают до 90% тепла в дом.
- Обустраиваются приточные клапаны. Они «подготавливают» уличный воздух перед помещением – его очищают и согревают. Клапаны идут с ручной регулировкой или автоматической, которая ориентируется на разницу температур снаружи и внутри помещения.
Комфорт стоит хорошей вентиляции. При нормальном воздухообмене не образуется плесень, и создается здоровый микроклимат для обитания. Именно поэтому хорошо утепленный дом с комбинацией изолирующих материалов обязательно должен иметь рабочую вентиляцию.
Итог! Для уменьшения теплопотерь через вентиляционные каналы необходимо устранить ошибки перераспределения воздуха в помещении. В добротно работающей вентиляции только теплый воздух покидает дом, часть тепла из которого можно вернуть обратно.
Теплопотери через окна и двери
Через дверные и оконные проемы дом теряет до 25% тепла. Слабые места для дверей это — прохудившийся уплотнитель, который можно легко переклеить на новый и сбившаяся внутри теплоизоляция. Заменить ее можно, сняв кожух.
Уязвимые места для деревянных и пластиковых дверей похожи на «мостики холода» в аналогичных конструкциях окон. Поэтому общий процесс на их примере и рассмотрим.
Что выдает «оконную» потерю тепла:
- Явные щели и сквозняки (в раме, вокруг подоконника, на стыке откоса и окна). Плохое прилегание створок.
- Отсыревшие и покрытые плесенью внутренние откосы. Если пена и штукатурка со временем отстали от стены, то влага снаружи подбирается ближе к окну.
- Холодная поверхность стекла. Для сравнения – энергосберегающее стекло (при -25° снаружи, а внутри комнаты +20°) имеет температуру в 10-14 градусов. И, естественно, не промерзает.
Створки могут неплотно прилегать, когда окно не отрегулировано, и резинки по периметру износились. Положение створок можно настроить самостоятельно, равно, как и поменять уплотнитель. Полную его замену лучше проводить раз в 2-3 года, и желательно на уплотнитель «родного» производства. Посезонная чистка и смазка резинок сохраняет их эластичность при перепадах температур. Тогда уплотнитель долго не пропускает холод.
Щели в самой раме (актуально для деревянных окон) заполняются силиконовым герметиком, лучше прозрачным. Когда он попадает на стекло – не так заметно.
Стыки откосов и профиля окна так же заделываются герметиком или жидким пластиком. В сложной ситуации, можно использовать самоклеящийся пенополиэтилен – «утепляющий» скотч для окон.
Важно! Стоит проследить, что бы в отделке наружных откосов утеплитель (пенопласт и т.п.) полностью закрывал шов монтажной пены и расстояние до середины рамы окна.
Современные способы уменьшить теплопотери через стекло:
- Использование PVI-пленок. Они отражают волновое излучение и на 35-40% уменьшают потерю тепла. Пленки можно наклеить на стеклопакет уже установленный, если нет желания его менять. Важно не перепутать стороны стекла и полярность пленки.
- Установка стекла с низкоэмиссионными характеристиками: k- и i-стекла. Стеклопакеты с k-стеклами пропускают энергию коротких волн светового излучения в помещение, аккумулируя в нем тело. Длинноволновое излучение комнату уже не покидает. В итоге, стекло на внутренней поверхности имеет температуру в два раза выше, чем у обычных стекол. i-стекло удерживает тепловую энергию в доме за счет отражения до 90% тепла обратно в помещение.
- Использование стекол с серебряным напылением, которые в 2х камерных стеклопакетах сберегают на 40% больше тепла (в сравнении с обычными стеклами).
- Выбор стеклопакетов с увеличенным количеством стекол и расстоянием между ними.
Полезно! Уменьшают теплопотери через стекло — организованные воздушные завесы над окнами (можно в виде теплых плинтусов) или защитные роллеты на ночь. Особенно актуально при панорамном остеклении и сильных минусовых температурах.
Причины утечки тепла в системе отопления
Теплопотери касаются и отопления, где утечки тепла чаще происходят по двум причинам.
- Мощный радиатор без защитного экрана обогревает улицу.
- Не все радиаторы полностью прогреваются.
Соблюдение нехитрых правил уменьшает теплопотери и не дает системе отопления работать «в холостую»:
- За каждым радиатором стоит установить отражающий экран.
- Перед запуском отопления, раз в сезон, необходимо стравить воздух с системы и просмотреть, все ли радиаторы полностью прогреваются. Засоряться система отопления может за счет скопившего воздуха или мусора (отслоений, некачественной воды). Раз в 2-3 года систему необходимо полностью промывать.
Заметка! При новом заполнении в воду лучше добавить антикоррозийные ингибиторы. Это поддержит металлические элементы системы.
Теплопотери через крышу
Тепло изначально стремится к верхней части дома, что делает крышу одним из самых уязвимых элементов. На нее приходится до 25% всех теплопотерь.
Холодное чердачное помещение или жилая мансарда утепляются одинаково плотно. Основные теплопотери идут на стыках материалов, не важно, утепление это или элементы конструкции. Так, часто упускаемым мостиком холода является граница стен с переходом в крышу. Этот участок желательно обрабатывать вместе с мауэрлатом.
Основное утепление тоже имеет свои нюансы, связанные больше с использованными материалами. Например:
- Утепление минватой нужно беречь от влаги и желательно менять каждые 10 – 15 лет. Со временем она слеживается и начинает пропускать тепло.
- Эковата, имеющая отличные свойства «дышащего» утеплителя, не должна находиться вблизи горячих источников – при нагревании она тлеет, оставляя прорехи в утеплении.
- При использовании пенополиуретана, необходимо обустроить вентиляцию. Материал паронепроницаем, а лишнюю влагу под крышей лучше не скапливать — повреждаются другие материалы, и в утеплении появляется брешь.
- Плиты в многослойной теплоизоляции должны укладываться в шахматном порядке и обязательно вплотную прилегать к элементам.
Практика! В верхних конструкциях любая брешь может отводить много дорогого тепла. Здесь важно поставить акцент на плотном и непрерывном утеплении.
Заключение
Места теплопотерь полезно знать не только для того, что бы обустроить дом и жить в комфортных условиях, но и что бы не переплачивать за отопление. Грамотное утепление на практике окупается за 5 лет. Срок долгий. Но ведь и дом мы не на два года строим.
Видеоматериалы по теме
Чтобы ваш дом не оказался бездонной ямой для расходов на отопление, предлагаем изучить базовые направления теплотехнических изысканий и методологию расчётов.
Чтобы ваш дом не оказался бездонной ямой для расходов на отопление, предлагаем изучить базовые направления теплотехнических изысканий и методологию расчётов.
Без предварительного расчёта тепловой проницаемости и влагонакопления теряется вся суть жилищного строительства.
Физика теплотехнических процессов
Различные области физики имеют много схожего в описании явлений, которые ими изучаются. Так и в теплотехнике: принципы, описывающие термодинамические системы, наглядно перекликаются с основами электромагнетизма, гидродинамики и классической механики. В конце концов, речь идёт об описании одного и того же мира, поэтому не удивительно, что модели физических процессов характеризуются некоторыми общими чертами во многих областях исследований.
Суть тепловых явлений понять легко. Температура тела или степень его нагрева есть не что иное, как мера интенсивности колебаний элементарных частиц, из которых это тело состоит. Очевидно, что при столкновении двух частиц та, у которой энергетический уровень выше, будет передавать энергию частице с меньшей энергией, но никогда наоборот.
Однако это не единственный путь обмена энергией, передача возможна также посредством квантов теплового излучения. При этом базовый принцип обязательно сохраняется: квант, излученный менее нагретым атомом, не в состоянии передать энергию более горячей элементарной частице. Он попросту отражается от неё и либо пропадает бесследно, либо передаёт свою энергию другому атому с меньшей энергией.
Термодинамика хороша тем, что происходящие в ней процессы абсолютно наглядны и могут интерпретироваться под видом различных моделей. Главное - соблюдать базовые постулаты, такие как закон передачи энергии и термодинамического равновесия. Так что если ваше представление соответствует этим правилам, вы легко поймёте методику теплотехнических расчётов от и до.
Понятие сопротивления теплопередаче
Способность того или иного материала передавать тепло называется теплопроводностью. В общем случае она всегда выше, чем больше плотность вещества и чем лучше его структура приспособлена для передачи кинетических колебаний.
Величиной, обратно пропорциональной тепловой проводимости, является термическое сопротивление. У каждого материала это свойство принимает уникальные значения в зависимости от структуры, формы, а также ряда прочих факторов. Например, эффективность передачи тепла в толще материалов и в зоне их контакта с другими средами могут отличаться, особенно если между материалами есть хотя бы минимальная прослойка вещества в другом агрегатном состоянии. Количественно термическое сопротивление выражается как разница температур, разделённая на мощность теплового потока:
Rt = (T2 – T1) / P
где:
- Rt - термическое сопротивление участка, К/Вт;
- T2 - температура начала участка, К;
- T1 - температура конца участка, К;
- P - тепловой поток, Вт.
В контексте расчёта теплопотерь термическое сопротивление играет определяющую роль. Любая ограждающая конструкция может быть представлена как плоскопараллельная преграда на пути теплового потока. Её общее термическое сопротивление складывается из сопротивлений каждого слоя, при этом все перегородки складываются в пространственную конструкцию, являющуюся, собственно, зданием.
Rt = l / (λ·S)
где:
- Rt - термическое сопротивление участка цепи, К/Вт;
- l - длина участка тепловой цепи, м;
- λ - коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м·К);
- S - площадь поперечного сечения участка, м2.
Факторы, влияющие на теплопотери
Тепловые процессы хорошо коррелируют с электротехническими: в роли напряжения выступает разница температур, тепловой поток можно рассматривать как силу тока, ну а для сопротивления даже своего термина придумывать не нужно. Также в полной степени справедливо и понятие наименьшего сопротивления, фигурирующего в теплотехнике как мостики холода.
Если рассматривать произвольный материал в разрезе, достаточно легко установить путь теплового потока как на микро-, так и на макроуровне. В качестве первой модели примем бетонную стену, в которой по технологической необходимости выполнены сквозные крепления стальными стержнями произвольного сечения. Сталь проводит тепло несколько лучше бетона, поэтому мы можем выделить три основных тепловых потока:
- через толщу бетона
- через стальные стержни
- от стальных стержней к бетону
Модель последнего теплового потока наиболее занимательна. Поскольку стальной стержень прогревается быстрее, то ближе к наружной части стены будет наблюдаться разница температур двух материалов. Таким образом, сталь не только «перекачивает» тепло наружу сама по себе, она также увеличивает тепловую проводимость прилегающих к ней масс бетона.
В пористых средах тепловые процессы протекают похожим образом. Практически все строительные материалы состоят из разветвлённой паутины твёрдого вещества, пространство между которым заполнено воздухом.
Таким образом, основным проводником тепла служит твёрдый, плотный материал, но за счёт сложной структуры путь, по которому распространяется теплота, оказывается больше поперечного сечения. Таким образом, второй фактор, определяющий термическое сопротивление, это неоднородность каждого слоя и ограждающей конструкции в целом.
Третьим фактором, влияющим на теплопроводность, мы можем назвать накопление влаги в порах. Вода имеет термическое сопротивление в 20–25 раз ниже, чем у воздуха, таким образом, если она наполняет поры, в целом теплопроводность материала становится даже выше, чем если бы пор вообще не было. При замерзании воды ситуация становится ещё хуже: теплопроводность может возрасти до 80 раз. Источником влаги, как правило, служит комнатный воздух и атмосферные осадки. Соответственно, три основных метода борьбы с таким явлением - это наружная гидроизоляция стен, использование парозащиты и расчёт влагонакопления, который обязательно производится параллельно прогнозированию теплопотерь.
Дифференцированные схемы расчёта
Простейший способ установить размер тепловых потерь здания - суммировать значения теплового потока через конструкции, которыми это здание образовано. Такая методика полностью учитывает разницу в структуре различных материалов, а также специфику теплового потока сквозь них и в узлах примыкания одной плоскости к другой. Такой дихотомический подход сильно упрощает задачу, ведь разные ограждающие конструкции могут существенно отличаться в устройстве систем теплозащиты. Соответственно, при раздельном исследовании определить сумму теплопотерь проще, ведь для этого предусмотрены различные способы вычислений:
- Для стен утечки теплоты количественно равны общей площади, умноженной на отношение разницы температур к тепловому сопротивлению. При этом обязательно берётся во внимание ориентация стен по сторонам света для учёта их нагрева в дневное время, а также продуваемость строительных конструкций.
- Для перекрытий методика та же, но при этом учитывается наличие чердачного помещения и режим его эксплуатации. Также за комнатную температуру принимается значение на 3–5 °С выше, расчётная влажность тоже увеличена на 5–10%.
- Теплопотери через пол рассчитывают зонально, описывая пояса по периметру здания. Связано это с тем, что температура грунта под полом выше у центра здания по сравнению с фундаментной частью.
- Тепловой поток через остекление определяется паспортными данными окон, также нужно учитывать тип примыкания окон к стенам и глубину откосов.
Q = S · (ΔT / Rt)
где:
- Q -тепловые потери, Вт;
- S - площадь стен, м2;
- ΔT - разница температур внутри и снаружи помещения, ° С;
- Rt - сопротивление теплопередаче, м2·°С/Вт.
Пример расчёта
Прежде чем перейти к демонстрационному примеру, ответим на последний вопрос: как правильно рассчитать интегральное термическое сопротивление сложных многослойных конструкций? Это, конечно, можно сделать вручную, благо, что в современном строительстве используется не так много типов несущих оснований и систем утепления. Однако учесть при этом наличие декоративной отделки, интерьерной и фасадной штукатурки, а также влияние всех переходных процессов и прочих факторов достаточно сложно, лучше воспользоваться автоматизированными вычислениями. Один из лучших сетевых ресурсов для таких задач - smartcalc.ru, который дополнительно составляет диаграмму смещения точки росы в зависимости от климатических условий.
Для примера возьмём произвольное здание, изучив описание которого читатель сможет судить о наборе исходных данных, необходимых для расчёта. Имеется одноэтажный дом правильной прямоугольной формы размерами 8,5х10 м и высотой потолков 3,1 м, расположенный в Ленинградской области.
В доме выполнен неутеплённый пол по грунту досками на лагах с воздушным зазором, высота пола на 0,15 м превышает отметку планирования грунта на участке. Материал стен - шлаковый монолит толщиной 42 см с внутренней цементно-известковой штукатуркой толщиной до 30 мм и наружной шлаково-цементной штукатуркой типа «шуба» толщиной до 50 мм. Общая площадь остекления - 9,5 м2, в качестве окон использован двухкамерный стеклопакет в теплосберегающем профиле с усреднённым термическим сопротивлением 0,32 м2·°С/Вт.
Перекрытие выполнено на деревянных балках: снизу оштукатурено по дранке, заполнено доменным шлаком и сверху укрыто глиняной стяжкой, над перекрытием - чердак холодного типа. Задача расчёта теплопотерь - формирование системы теплозащиты стен.
Пол
Первым делом определяются тепловые потери через пол. Поскольку их доля в общем оттоке тепла наименьшая, а также по причине большого числа переменных (плотность и тип грунта, глубина промерзания, массивность фундамента и т. д.), расчёт теплопотерь проводится по упрощённой методике с использованием приведённого сопротивления теплопередаче. По периметру здания, начиная от линии контакта с поверхностью земли, описывается четыре зоны - опоясывающих полосы шириной по 2 метра.
Для каждой из зон принимается собственное значение приведённого сопротивления теплопередаче. В нашем случае имеется три зоны площадью по 74, 26 и 1 м2. Пусть вас не смущает общая сумма площадей зон, которая больше площади здания на 16 м2, причина тому - двойной пересчёт пересекающихся полос первой зоны в углах, где теплопотери значительно выше по сравнению с участками вдоль стен. Применяя значения сопротивления теплопередаче в 2,1, 4,3 и 8,6 м2·°С/Вт для зон с первой по третью, мы определяем тепловой поток через каждую зону: 1,23, 0,21 и 0,05 кВт соответственно.
Стены
Используя данные о местности, а также материалы и толщину слоёв, которыми образованы стены, на упомянутом выше сервисе smartcalc.ru нужно заполнить соответствующие поля. По результатам расчёта сопротивление теплопередаче оказывается равным 1,13 м2·°С/Вт, а тепловой поток через стену - 18,48 Вт на каждом квадратном метре. При общей площади стен (за вычетом остекления) в 105,2 м2 общие теплопотери через стены составляют 1,95 кВт/ч. При этом потери тепла через окна составят 1,05 кВт.
Перекрытие и кровля
Расчёт теплопотерь через чердачное перекрытие также можно выполнить в онлайн-калькуляторе, выбрав нужный тип ограждающих конструкций. В результате сопротивление перекрытия теплопередаче составляет 0,66 м2·°С/Вт, а потери тепла - 31,6 Вт с квадратного метра, то есть 2,7 кВт со всей площади ограждающей конструкции.
Итого суммарные теплопотери согласно расчётам составляют 7,2 кВт·ч. При достаточно низком качестве строительных конструкций здания этот показатель очевидно сильно ниже реального. На самом деле такой расчёт идеализирован, в нём не учтены специальные коэффициенты, продуваемость, конвекционная составляющая теплообмена, потери через вентиляцию и входные двери.
В действительности, из-за некачественной установки окон, отсутствия защиты на примыкании кровли к мауэрлату и плохой гидроизоляции стен от фундамента реальные теплопотери могут быть в 2 или даже 3 раза больше расчётных. Тем не менее, даже базовые теплотехнические исследования помогают определиться, будут ли конструкции строящегося дома соответствовать санитарным нормам хотя бы в первом приближении.
Напоследок дадим одну важную рекомендацию: если вы действительно хотите получить полное представление о тепловой физике конкретного здания, необходимо использовать понимание описанных в этом обзоре принципов и специальную литературу. Например, очень хорошим подспорьем в этом деле может стать справочное пособие Елены Малявиной «Теплопотери здания», где весьма подробно объяснена специфика теплотехнических процессов, даны ссылки на необходимые нормативные документы, а также приведены примеры расчётов и вся необходимая справочная информация.опубликовано
Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта .
