Как найти расчетный коэффициент теплопроводности

Теплотехнический расчёт стены

Теплотехнический расчёт однородной наружной стены здания

Исходные данные

Назначение здания — административное.
Расчетная температурой наружного воздуха в холодный период года, text = -40 °С;
Расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, tint = +20 °С;
Средняя температура наружного воздуха отопительного периода, tht = -8 °С;
Продолжительность отопительного периода, zht = 241 сут.;
Нормальный влажностный режим помещения и условия эксплуатации ограждающих конструкций — А (сухой режим помещения в нормальной зоне влажности).
Коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху, n = 1;
Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции, αext = 23 Вт/(м²•°С);
Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, αint = 8.7 Вт/(м²•°С);
Состав наружной стены:

№ слоя	Слой	δ, мм	λ, Вт/(м °С)	γ, кг/м3
1	Кладка из кирпича керамического пустотного	120	0.64	1300
2	Минераловатный утеплитель	150	0.039	60
3	Кладка из кирпича керамического полнотелого	380	0.81	1600
4	Штукатурка ц.п.	20	0.91	1800

Определение требуемого сопротивления теплопередаче

Определим величину градусо-суток Dd в течение отопительного периода по формуле 1 [СП 23-101-2004]:

D_d = (t_int – t_ht) z_ht

где t_int — расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания [табл.1, СП 23-101-2004];
t_ht — средняя температура наружного воздуха отопительного периода [табл.1, СП 23-101-2004];
z_ht — продолжительность отопительного периода [табл.1, СП 23-101-2004].

D_d = (20–(-8))*241=6748 °С•сут

Определим требуемое значение сопротивления теплопередачи Rreq по табл. 3 [СП 50.13330.2012]

R_req = a D_d + b

где D_d — градусо-сутки отопительного периода;
а=0,0003 [табл.3, СП 50.13330.2012]
b=1,2 [табл.3, СП 50.13330.2012]

R_req = 0.0003*6748+1.2=3.2244 м²*°С/Вт,

Определение приведённого сопротивления теплопередаче стены

Согласно п.Е.2 СП 50.13330.2012 сопротивление теплопередачи многослойных ограждающих конструкций вычисляется по формуле:

где α_в — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м²*°С), принимаемый по табл. 4 СП 50.13330.2012;
α_н — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкций для условий холодного периода, Вт/(м²*°С), принимаемый по таблице 6 СП 50.13330.2012;

R_s — термическое сопротивление слоя однородной части фрагмента (м²*°С)/Вт, определяемое по формуле:

δ_s — толщина слоя, м;
λ_s — расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м*°С), принимаемый согласно приложения Т СП 50.13330.2012.
y_s^уэ — коэффициент условий эксплуатации материала слоя, доли ед. При отсутствии данных принимается равным 1.

Расчетное значение сопротивления теплопередаче, R₀:

R₀ > R_req — Условие выполняется

Толщина конструкции, ∑t =675 мм;

Определение температурного перепада между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции

Значение выразим из формулы (5.4) СП 50.13330.2012

Температурный перепад:

Δt^н > Δt, 4.5 °C > 1.469 °C — условие выполняется.

Моделирование однородной стены в ЛИРА САПР. Решение стационарной задачи

Схема ограждающей конструкции:

Создаём задачу в 15-м признаке схемы. Рассмотрим участок стены, длиной 1 м

Шаг 1 геометрия

При создании КЭ-модели для расчёта задачи теплопроводности необязательно выполнять сгущение сетки КЭ для достижения более точного результата.

Шаг 2 Создание элементов конвекции

Моделируем стержни по наружной и внутренней граням стены. Стержням следует присвоить тип КЭ №1555. Они являются своего рода граничными условиями и, в то же время, воспринимают температуру воздуха.

Шаг 3 характеристики материалов

В окне задания типов жёсткости следует создать жёсткость: пластины Теплопроводность (пластины). В окне характеристик жёсткости вводятся параметры Н — толщина пластины, К — коэффициент теплопроводноти, С — коэффициент теплопоглощения, R0 — удельный вес.

При решении стационарной задачи, характеристики С и R0 допускается принимать равными 1.

Характеристики слоёв стены:
Кирпич облицовочный пустотелый Н=100 см, К=0.64 Дж/(м*с*°С);
Теплоизоляция Н=100 см, К=0.039 Дж/(м*с*°С);
Кирпич полнотелый Н=100 см, К=0.81 Дж/(м*с*°С);
Штукатурка ц.п. Н=100 см, К=0.76 Дж/(м*с*°С);

Для элементов конвекции, следует создать типы жёсткости Конвекция (двухузловые). Для таких элементов задаются коэффициенты конвекции внутреннего и внешнего слоя.

Коэффициент для внутренней поверхности ограждения — таблица 4, СП 50.13330.2012
Коэффициент для наружной поверхности ограждения — таблица 6, СП 50.13330.2012

Шаг 4 Внешняя нагрузка

Через внешнюю нагрузку задаётся температура воздуха для элементов конвекции. Для этого, в разделе нагрузки, нужно открыть Заданная t.

Просмотр результатов.

Температура на внутренней поверхности ограждающей конструкции составляет 18.531 °С (результат замера температуры в узле).

Определение сопротивления теплопередачи конструкции по результатам расчёта ЛИРА САПР

Сопротивление теплопередачи определяется по формуле (5.4) СП 50.13330.2012:

Теплотехнический расчёт наружной стены здания с учётом неоднородности

Исходные данные

Для расчёта принимается конструкция стены, рассмотренная в предыдущем примере. Неоднородностью будет выступать кладочная сетка, служащая для крепления облицовки к несущему слою кладки. Параметры сетки: d=3 мм, шаг стержней 50х50 мм.

Определение приведённого сопротивления теплопередаче с учётом неоднородностей

Приведённое сопротивление теплопередаче фрагмента теплозащитной оболочки здания R^пр₀, (м²*°C)/Вт, следует определять по формуле:

где R^усл₀ — осреднённое по площади условное сопротивление теплопередаче фрагмента теплозащитной оболочки здания либо выделенной ограждающей конструкции, (м²*°C)/Вт;
l_j — протяжённость линейной неоднородности j-го вида, приходящаяся на 1 м² фрагмента теплозащитной оболочки здания, или выделенной ограждающей конструкции, м/м²;
Ψ_I — удельные потери теплоты через линейную неоднородность j-го вида, Вт/(м*°С);
n_k — количество точечных неоднородностей k-го вида, приходящихся на 1 м² фрагмента теплозащитной оболочки здания, или выделенной ограждающей конструкции, шт./м²;
χ_k — удельные потери теплоты через точечную неоднородность k-го вида, Вт/°С;
a_i — площадь плоского элемента конструкции i-го вида, приходящаяся на 1 м² фрагмента теплозащитной оболочки здания, или выделенной ограждающей конструкции, м²/м²;

где A_i — площадь i-й части фрагмента, м²;
U_i — коэффициент теплопередачи i-й части фрагмента теплозащитной оболочки здания (удельные потери теплоты через плоский элемент i-го вида), Вт/(м²*°С);

Определение удельных потерь теплоты кладочной сетки

Кладочная сетка, через которую осуществляется связь между облицовкой и несущим слоем, является линейной неоднородностью. Удельные потери теплоты через линейную неоднородность, определяются по СП 230.1325800.2015, приложение Г.7 Теплозащитные элементы, образуемые различными видами связей в трёхслойных железобетонных панелях.

Удельное сечение металла на 1 м.п. в рассматриваемом примере составит S*(1000/50)=3.14159*d²/4*(1000/50)=1.41372 см²/м

Удельные потери теплоты будут определяться по интерполяции между значениями, найденными по таблицам Г.42 и Г.43 СП 230.1325800.2015

Таблица Г.42 — Удельные потери теплоты Ψ, Вт/(м*°С). Сетка с удельным сечением металла на 1 п.м 0,53 см²/м

dут, мм	λ0 = 0,2	λ0 = 0,6	λ0 = 1,8
50	0,005	0,008	0,011
80	0,005	0,007	0,009
100	0,004	0,007	0,008
150	0,004	0,005	0,006

Таблица Г.43 — Удельные потери теплоты Ψ, Вт/(м*°С). Сетка с удельным сечением металла на 1 п.м 2,1 см²/м

dут, мм	λ0 = 0,2	λ0 = 0,6	λ0 = 1,8
50	0,018	0,031	0,043
80	0,018	0,028	0,035
100	0,017	0,026	0,031
150	0,015	0,021	0,024

Обозначения в таблицах:
— толщина слоя утеплителя d_ут, мм;
— теплопроводность основания λ₀, Вт/(м*°С), для кирпичной кладки из полнотелого керамического кирпича принимается λ₀ = 0.56;
— удельное сечение металла на 1 м.п. сетки, см²/м.

Потери теплоты по таблице Г.42:

Потери теплоты по таблице Г.43:

Итоговое значение потерь теплоты:

Суммарная протяжённость линейных неоднородностей Σl_j = 2 м.

Подставив полученные значения в формулу (Е.1), получим:

Моделирование неоднородной стены в ЛИРА САПР. Решение стационарной задачи

Для построения модели неоднородной стены, принимается модель, созданная на предыдущем этапе. Теплопроводные включения моделируются как стержневые элементы теплопроводности, которые пересекают три слоя стены: кладка, теплоизоляция, облицовка. Стержни расположены с шагом 40 см по высоте. Теплопроводность арматурной стали 58 м²*°С/Вт.

Просмотр результатов

Температура на внутренней поверхности ограждающей конструкции составляет 18.087 °С. (среднее значение температуры на внутренней поверхности стены).

Определение сопротивления теплопередачи конструкции по результатам расчёта ЛИРА САПР

Сопротивление теплопередачи определяется по формуле (5.4) СП 50.13330.2012:

Сравнение результатов расчёта

Сравнение будем выполнять в табличной форме:

Параметр	Результаты ручного расчёта	Результаты ЛИРА-САПР	Погрешность
Расчётное сопротивление теплопередаче однородной стены (м2*°С)/Вт	4.694	4.695	-0.021304%
Расчётное сопротивление теплопередаче стены с теплопроводными включениями (м2*°С)/Вт	3.58627	3.605	0.5222696562%

Нормами установлены три показателя тепловой защиты здания:

а) приведенное сопротивление теплопередаче отдельных элементов ограждающих конструкций здания;

б) санитарно-гигиенический, включающий температурный перепад между температурами внутреннего воздуха и на поверхности ограждающих конструкций и температуру на внутренней поверхности выше температуры точки росы;

в) удельный расход тепловой энергии на отопление здания, позволяющий варьировать величинами теплозащитных свойств различных видов ограждающих конструкций зданий с учетом объемно-планировочных решений здания и выбора систем поддержания микроклимата для достижения нормируемого значения этого показателя.

Требования тепловой защиты здания будут выполнены, если в жилых и общественных зданиях будут соблюдены требования показателей “а” и “б” либо “б” и “в”. В зданиях производственного назначения необходимо соблюдать требования показателей “а” и “б”.

Если в результате расчета удельный расход тепловой энергии на отопление здания окажется меньше нормируемого значения, то допускается уменьшение сопротивления теплопередаче     отдельных элементов ограждающих конструкций здания (светопрозрачных согласно примечанию 4 к таблице 4) по сравнению с нормируемым по таблице 4, но не ниже минимальных величин , определяемых по формуле (3.16) для стен групп зданий, указанных в поз.1 и 2 таблицы 4, и по формуле (3.17) – для остальных ограждающих конструкций:

   (3.16)

   (3.17)

Нормируемые значения сопротивлений теплопередаче для стен жилых и общественных зданий Rreq устанавливается в зависимости от градусо-суток отопительного периода (далее по тексту, – ГСОП) по следующей зависимости:

 (3.18)

где a, b – коэффициенты, численные значения которых приведены в таблице 4 СНиП 23-02-2003:

Здания и помещения, коэффициенты a и b.	Стен	Покрытий и перекрытий над проездами	Перекрытий чердачных, над неотапливаемыми подпольями и подвалами	Окон и балконных дверей, витрин и витражей	Фонарей с вертикальным остеклением
1	3	4	5	6	7
1 Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты, гостиницы и общежития
a b	0,00035	0,0005	0,00045	–	0,000025
1,4	2,2	1,9	–	0,25
2 Общественные, кроме указанных выше, административные и бытовые, производственные и другие здания и помещения с влажным или мокрым режимом
a b	0,0003	0,0004	0,00035	0,00005	0,000025
1,2	1,6	1,3	0,2	0,25
3 Производственные с сухим и нормальным режимами
a b	0,0002	0,00025	0,0002	0,000025	0,000025
1	1,5	1	0,2	0,15
Примечания Dd – градусо-сутки отопительного периода, °С·сут, для конкретного пункта;

  Градусо-сутки отопительного периода Dd, °С·сут, определяют по формуле:  где  – расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С, принимаемая для расчета ограждающих конструкций:

•  для группы зданий по поз.1 таблицы 4 – по минимальным значениям оптимальной температуры соответствующих зданий по ГОСТ 30494 (в интервале 20-22 °С),
• 
  для группы зданий по поз.2 таблицы 4 – согласно классификации помещений и минимальных значений оптимальной температуры по ГОСТ 30494 (в интервале 16-21 °С)
•  для группы зданий по поз.3 таблицы 4 – по нормам проектирования соответствующих зданий;

,  – средняя температура наружного воздуха, °С, и продолжительность, сут, отопительного периода, принимаемые по СНиП 23-01 для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 10 °С – при проектировании лечебно-профилактических, детских учреждений и домов-интернатов для престарелых, и не более 8 °С – в остальных случаях.

Наименование городов	Продолжительность отопительного периода	Средняя температура наружного воздуха на отопительный период	Градусо-сутки отопительного периода( ГСОП)	Поэлементный подход	Комплексный подход
Требуемое по ГСОП	Минимально допустимое
Кировская область
Вятка	231	-5,4	5867,4	3,46	2,18
Нагорное	239	-5,8	6166,2	3,56	2,25
Савали	220	-5,7	5654	3,38	2,13
Ленинградская область
Свирица	228	-2,9	5221,2	3,23	2,04
Тихвин	227	-2,8	5175,6	3,22	2,03
Санкт-Петербург	220	-1,8	4796	3,08	1,95
Московская область
Дмитров	216	-3,1	4989,6	3,15	1,99
Кашира	212	-3,4	4960,8	3,14	1,98
Москва	214	-3,1	4943,4	3,14	1,98
Республика Дагестан
Дербент	138	3,7	2249,4	2,19	1,38
Махачкала	148	2,7	2560,4	2,3	1,45
Краснодарский край
Краснодар	149	2	2682	2,34	1,48
Сочи	72	6,4	979,2	1,75	1,11
Тихорецк	158	1,1	2986,2	2,45	1,55
Ростовская область
Миллерово	184	-2,1	4066,4	2,83	1,79
Ростов-на-дону	171	-0,6	3522,6	2,64	1,67
Тагонрог	167	-0,4	3406,8	2,6	1,64
Республика Северная Осетия
Владикавказ	174	0,4	3410,4	2,6	1,64
Cтавропольский край
Арзгир	163	0,1	3243,7	2,54	1,61
Ставрополь	168	0,9	3208,8	2,53	1,6
Чеченская республика
Грозный	160	0,9	3056	2,47	1,56

Пример. Требуется определить нормируемое значение сопротивления теплопередаче R^req0 (при поэлементном подходе), R^reqmin (при комплексном подходе) стен жилого здания, проектируемого в г. Краснодар.

Исходные данные:

• 
  расчетная средняя температура внутреннего воздуха в жилых помещениях здания  t_int=20 °С (по табл. 1 ГОСТ 30494);

• 
  средняя за отопительный период температура наружного воздуха для г. Краснодар t_ht= 2°С (по табл. 1* СНиП 23-0l);

• 
  продолжительность отопит. периода  z_ht=149 сут (по табл. 1* СНиП23-01).

Определение нормируемого сопротивления теплопередаче стен: Градусо-сутки отопительного периода (ГСОП):

Dd = (t_int– t_ht)*z_ht
= (20 – (2)) • 149 = 2682 (^oC • сут).

Нормируемое сопротивление теплопередаче стен жилого здания: R^req
= a*D + b = 0,00035• 2682 +1,4 = 2,346 (м2 • ^oC/Вт).

Нормируемое минимально допустимое значение сопротивления теплопередаче стен жилого здания Rmq_n: R_min=0,63*R^req =0,63*2,34=1,48(м2 • ^oC/Вт)

Методика расчета приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен зданий из газобетонных блоков

Для производственных зданий с избытками явной теплоты более 23 Вт/м и зданий, предназначенных для сезонной эксплуатации (осенью или весной), а также зданий с расчетной температурой внутреннего воздуха 12 °С и ниже приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций (за исключением светопрозрачных) R^req, м ·°С/Вт, следует принимать не менее значений, определяемых по формуле

  

В наружных стенах, где применяются газобетонные блоки, приведенное сопротивление теплопередаче R0[м2°С/Вт] определяется по формуле:

Термическое сопротивление однородного слоя определяется по формуле^

 

• δ – толщина стены (слоя) [m]
• λ – расчетный коэффициент теплопроводности материала, из которого выполнен рассматриваемый слой [Вт/м°С].

Расчетный коэффициент теплопроводности λ зависит от марки блоков по плотности (D), равновесной влажности стены и вида кладочного раствора. Численные значения коэффициентов теплопроводности λ для изделий из автоклавного газобетона ГСУЛ приведены в таблице 1.1.

Расчетные теплотехнические показатели ячеистых бетонов автоклавного твердения (по ГОСТ 31359):

№ п.п.	Материал	Характеристика материала в сухом состоянии	Расчетные коэффициtнты (при условиях эксплуатации)
Плотность,ρ кг/м	Удельная теплоемкость, с0, кДж/кг*0С	Коэфф. теплопроводности , λ0, Вт/м*0С	Массового отношения влаги в материале, ω %	Теплопроводности, λ, Вт/м*0С	Теплоусвоения s, ( при периоде 24 ч), Вт/м2*0С	Паропроницаемости,µ, мг/м**ч*Па
А Б	А	Б	А	Б	АБ
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1	Ячеистый бетон автоклавного твердения	600	0,84	0,14	4	5	0,16	0,183	2,66	2,9	0,16
2	-//-	500	0,84	0,12	4	5	0,14	0,147	2,28	2,37	0,2
3	-//-	450	0,84	0,108	4	5	0,13	0,132	2,05	2,13	0,21
4	-//-	400	0,84	0,096	4	5	0,11	0,117	1,82	1,89	0,23
5	-//-	350	0,84	0,084	4	5	0,1	0,103	1,63	1,66	0,25
6	-//-	300	0,84	0,072	4	5	0,08	0,088	1,39	1,42	0,26

Примечание:

1) расчетные значения коэффициента теплоусвоения s (при периоде 24 ч) материала в конструкции вычислены по формуле:

2)Характеристики материалов в сухом состоянии приведены при массовом отношении влагив материале ω, %, равном 0.

Растворные швы кладки влияют на теплотехническую однородность стен из газобетонных блоков, а следовательно и на расчетные значения сопротивлений теплопередаче. Чем толще швы кладки и чем выше их коэффициент теплопроводности, тем более значительно это влияние. Рассмотрим влияние растворных швов кладки на параметры теплотехнической однородности стен из газобетонных блоков.

Для расчета примем регулярный повторяющийся фрагмент кладки стен из газобетонных блоков (рис.3.5). Толщина рассматриваемого фрагмента – 375 мм. Размеры блоков в кладке: длина – 625 мм, ширина – 375 мм, высота – 250 мм. Марка блоков по плотности – D500, коэффициент теплопроводности для условий эксплуатации Б, – λБ=0.132 Вт/ м °С (согласно данным табл. А.1 ГОСТ 31359). Для упрощения расчетов в представленном ниже примере и для клея и для раствора примем цементно-песчаный плотностью 1800 кг/м3 (коэффициент теплопроводности, – λБ=0.93 Вт/м°С).

Рассмотрим следующие варианты кладки стен:

• на клею со средней толщиной горизонтальных и вертикальных швов кладки 2 мм (рис. 3.5а);

• на растворе со средней толщиной горизонтальных и вертикальных швов кладки 10 мм (рис. 3.5 б).

Расчет термического сопротивления регулярного фрагмента стеновой конструкции произведем методом сложения проводимостей.

1. Кладка на клею (рис. 3.5а) 

Выделим регулярный фрагмент кладки А и разделим его на участки с различной проводимостью плоскостями, параллельными тепловому потоку. Получаем два однородных и одинаковых по толщине участка со следующими параметрами:

R_г.б.=δ_г.б./λ_г.б.=0,375/0,132=2,84 (м2*^оС/Вт),

А_г.б.=1,25*0,5=0,625 (м2);

R_р-р=δ_р-р./λ_р-р=0,375/0,93=0,40 (м2*^оС/Вт),

А_р-р=1,254*0,002*2+0,504*0,002*2=0,007 (м2).

Термическое сопротивление всего регулярного фрагмента определяем по формуле (10) СП 23-101: R_г=ΣА_i/Σ(А_i/ R_i)=(0,625+0,007)/(0,625/2,84+0,007/0,4)=2,66(м2*оС/Вт),

Соответственно, коэффициент теплотехнической однородности определяем по формуле: r=R^r/R_г.б.=2,66/2,98=0,89

Кладка на растворе (рис. 3.5б)

Произведем аналогичный расчет для регулярного фрагмента Б:

R_г.б.=δ_г.б./λ_г.б.=0,375/0,132=2,84 (м2*^оС/Вт);

А_г.б.=1,25*0,5=0,625 (м2);

R_р-р=δ_р-р./λ_р-р=0,375/0,93=0,40 (м2*^оС/Вт),

А_р-р=1,27*0,01*2+0,52*0,01*2=0,036 (м2).

Термическое сопротивление всего регулярного фрагмента: R^г=ΣА_i/Σ(А_i/ R_i)=(0,625+0,036)/(0,625/2,84+0,036/0,4)=2,13(м2*^оС/Вт),

Соответственно коэффициент теплотехнической однородности определяем по формуле: r=R^r/R_г.б.=2,13/2,98=0,71

В таблице приведены расчетные значения коэффициентов теплотехнической однородности r для некоторых типов кладки стен из полнотелых стеновых неармированных изделий из ячеистого бетона автоклавного твердения с размером изделия в кладке 625*250 мм:

Марка блоков по плотности	Толщина швов кладки	Коэффициент теплотехнической однородности кладки r при расчетном коэффициенте теплопроводности раствора λр.р [Вт/м °С1
0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
D300	2 мм	0,99	0,97	0,96	0,95	0,94	0,93	0,92	0,91	0,9
10 мм	0,94	0,88	0,84	0,8	0,76	0,73	0,7	0,67	0,64
D400	2 мм	0,99	0,98	0,97	0,96	0,96	0,95	0,94	0,93	0,92
10 мм	0,96	0,92	0,88	0,85	0,82	0,79	0,76	0,73	0,71
D500	2 мм	0,99	0,99	0,98	0,97	0,97	0,96	0,95	0,94	0,94
10 мм	0,98	0,95	0,91	0,88	0,86	0,83	0,8	0,78	0,76
D600	2 мм	1	0,99	0,99	0,98	0,98		0,97	0,96	0,95	0,95
10 мм	0,99	0,97	0,94	0,91	0,89	0,87	0,84	0,82	0,8
D700	2 мм	1	1	0,99	0,98	0,98	0,97	0,97	0,96	0,96
10 мм	1	0,98	0,95	0,93	0,91	0,89	0,87	0,85	0,83
Примечание – значения коэффициента теплотехнической однородности r при промежуточных значениях толщины шва и коэффициента теплопроводности кладочного раствора допускается принимать по интерполяции или рассчитать по вышеизложенной методике.

Мы уже ознакомились в статье “Материал стен. Как выбрать.” с различными материалами для возведения стен, в данной статье мы поговорим о теплотехническом расчете для определения параметров стены.

После того, как мы определились с материалом стены, возникает вопрос – Какой же толщины сделать стену, чтобы в доме зимой было тепло, а летом прохладно? Для этого нам понадобится выполнить теплотехнический расчет стены. Расчет выполняется по нормативной документации.

Необходимые для расчета нормативные документы:

• СНиП 23-02-2003 (СП 50.13330.2012). “Тепловая защита зданий”. Актуализированная редакция от 2012 года.
• СНиП 23-01-99* (СП 131.13330.2012). “Строительная климатология”. Актуализированная редакция от 2012 года.
• СП 23-101-2004. “Проектирование тепловой защиты зданий”.
• ГОСТ 30494-2011 “Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях”.

Исходные данные для расчета:

1. Определяем климатическую зону, в которой мы собираемся построить дом. Открываем СНиП 23-01-99*.”Строительная климатология”, находим таблицу 1. В данной таблице находим свой город (или максимально близко расположенный от места строительства город), например, для строительства в деревне, расположенной возле г. Муром, мы возьмем показатели г. Мурома! из столбца 5 – “Температура воздуха наиболее холодной пятидневки, с обеспеченностью 0,92” – “-30°С”;
2. Определяем продолжительность отопительного периода –  открываем таблицу 1 в СНиП 23-01-99* и в столбце 11 (со средней суточной температурой наружного воздуха 8°С) продолжительность равна zht = 214 сут;
3. Определяем среднюю температуру наружного воздуха за отопительный период, для этого из той же таблицы 1 СНИП 23-01-99* выбираем в столбце 12 значение – tht = -4,0°С .
4. Оптимальную температуру внутри помещения принимаем по таблице 1 в ГОСТ 30494-96 – tint= 20°С;

    Затем, нам необходимо определиться с конструктивом самой стены. Поскольку раньше строили дома из одного материала (кирпич, камень и т.п.) – стены были очень толстые и массивные. Но, с развитием технологий, у людей появились новые материалы, обладающие очень хорошими показателями теплопроводности, что позволило значительно сократить толщину стен из основного (несущего материала) добавлением теплоизолирующего слоя, таким образом появились многослойные стены.

    Основных слоев в многослойной стене минимум три:

• 1 слой – несущая стена – её назначение передавать нагрузку от вышележащих конструкций на фундамент;
• 2 слой – теплоизоляция – её назначение максимально задерживать тепло внутри дома;
• 3 слой – декоративный и защитный – её назначение делать красивым фасад дома и одновременно защищать слой утеплителя от воздействия внешней среды (дождь, снег, ветер и т.п.);

Рассмотрим для нашего примера следующий состав стены:

• 1 слой – несущую стену мы принимаем газобетонных блоков толщиной 400мм (принимаем конструктивно – с учетом того, что на неё будут опираться балки перекрытия);
• 2 слой – выполняем из минераловатной плиты, её толщину мы и определим теплотехническим расчетом!
• 3 слой – принимаем облицовочный силикатный кирпич, толщина слоя 120 мм;
• 4 слой – поскольку изнутри наша стена будет покрыта слоем штукатурки из цементно-песчаного раствора, тоже включим её в расчет и назначим её толщину 20мм;

Теплотехнический расчет.

Приступаем непосредственно к теплотехническому расчету, а именно – нам необходимо подобрать толщину 2-го слоя (утеплителя) исходя из условий места строительства.
В первую очередь – определяем норму тепловой защиты из условий соблюдения санитарных норм.
Согласно формулы 3 из СНиП 23-02-2003 “Тепловая защита зданий” рассчитывается нормативное (или другими словами максимально допустимое) сопротивление теплопередачи, формула выгладит так:

где:
n = 1 – коэффициент, принятый по таблице 6, из СНиП 23-02-2003 “Тепловая защита зданий” для наружной стены (впрочем, в последнем актуализированном СП данный коэффициент упразднили!);

tint = 20°С – оптимальная температура в помещении, из исходных данных;

text = -30°С – температура наиболее холодной пятидневки, значение из исходных данных;

Δtn = 4°С – данный показатель принимается по таблице 5, из СНиП 23-02-2003 “Тепловая защита зданий” он нормирует температурный перепад между температурой воздуха внутри помещения и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции (стены);

αint = 8,7 Вт/(м2×°С) – коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимается по таблице 7 из СНиП 23-02-2003 “Тепловая защита зданий” для наружных стен.

Выполняем расчет:

получили сопротивление теплопередачи из санитарных норм Rreq = 1.437 м2*℃/Вт;

Во вторую очередь, определяем сопротивление теплопередачи из условий энергосбережения.

Определяем градусо-сутки отопительного периода, для этого воспользуемся формулой, согласно пункта 5.3 в СНиП 23-02-2003″Тепловая защита зданий”:

Dd = (tint – tht)zht = (20 + 4,0)*214 = 5136°С×сут

Примечание: градусо-сутки ещё имеют сокращенное обозначение – ГСОП.

Далее, согласно СНиП 23-02-2003 “Тепловая защита зданий” в зависимости от градусо-суток района строительства, рассчитываем нормативное значение приведенного сопротивления теплопередаче по формуле:

Rreq= a*Dd + b = 0,00035 × 5136 + 1,4 = 3,1976м2×°С/Вт,

где: Dd – градусо-сутки отопительного периода в г. Муром,

a и b – коэффициенты, принимаемые по таблице 4, столбец 3, СНиП 23-02-2003 “Тепловая защита зданий” для стен жилого здания.
таким образом, мы получили второе значение сопротивления теплопередачи исходя из энергоэффективности Rreq = 3,198 м2*℃/Вт;

Для дальнейшего расчета стены, мы принимаем наибольшее значение из двух рассчитанных нами показателей Rreq (1,437 и 3,198), и обозначим его как Rтреб = 3,198 м2*℃/Вт;

Определение толщины утеплителя

Для каждого слоя нашей многослойной стены необходимо рассчитать термическое сопротивление по формуле:

где:
δi- толщина слоя, мм;
λi – расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя Вт/(м × °С).

Рассчитываем термическое сопротивление для каждого слоя
1 слой (газобетонные блоки): R1 = 0,4/0,29 = 0,116 м2×°С/Вт.
3 слой (облицовочный силикатный кирпич): R3 = 0,12/0,87 = 0,104 м2×°С/Вт.
4 слой (штукатурка): R4 = 0,02/0,87 = 0,023 м2×°С/Вт.

Определение минимально допустимого (требуемого) термического сопротивления теплоизоляционного материала:

где:

Rint = 1/αint = 1/8,7 – сопротивление теплообмену на внутренней поверхности;

Rext = 1/αext = 1/23 – сопротивление теплообмену на наружной поверхности,

αext принимается по таблице 14 [5] для наружных стен;

ΣRi = 0,116 + 0,104 + 0,023 – сумма термических сопротивлений всех слоев стены без слоя утеплителя, определенных с учетом коэффициентов теплопроводности материалов, принятых по графе А или Б (столбцы 8 и 9 таблицы Д1 СП 23-101-2004) в соответствии с влажностными условиями эксплуатации стены, м2·°С/Вт

Толщина утеплителя равна:

где: λут – коэффициент теплопроводности материала утеплителя, Вт/(м·°С).

Определение термического сопротивления стены из условия, что общая толщина утеплителя будет 250 мм:

где: ΣRт,i – сумма термических сопротивлений всех слоев ограждения, в том числе и слоя утеплителя, принятой конструктивной толщины, м2·°С/Вт.

Из полученного результата можно сделать вывод, что

R0 = 3,343м2×°С/Вт > Rтр0 = 3,198м2×°С/Вт → следовательно, толщина утеплителя подобрана правильно.

Вот мы и выполнили теплотехнический расчет стены и нам известны толщины всех слоёв, входящих в её состав. Для того, чтобы долго не разбираться с нормативной документацией и самому считать на калькуляторе все эти сложные формулы, можно воспользоваться калькулятором “Теплотехнический расчет стены”, где Вам достаточно просто выбрать исходные данные, а сам расчет произведется автоматически.

Ведущие тенденции современного строительства – это возведение домов с максимальной энергоэффективностью. То есть с возможностью создания и поддержания комфортных условий проживания при минимальных затратах энергоносителей. Понятно, что многим нашим строителям, ведущим возведение своих жилых владений самостоятельно, до таких показателей пока далековато, но стремиться к этому – необходимо всегда.

Прежде всего, это касается минимизации тепловых потерь через строительные конструкции. Достигается такое снижение эффективной термоизоляцией, выполненной на основании теплотехнических расчетов. Проектирование в идеале должны проводить специалисты, но часто обстоятельства понуждают владельцев жилья и такие вопросы брать в свои руки. Значит, необходимо иметь общие представления о базовых понятиях строительной теплотехники. Прежде всего – что такое теплопроводность строительных материалов, в чем она измеряется, как просчитывается.

Если разобраться с этими «азами», то будет проще всерьез, со знанием дела , а не по наитию, заниматься вопросами утепления своего жилья.

Что такое теплопроводность, какими единицами измерения она описывается?

Если не рассматривать каких-то теоретических условий, то в реальности все физические тела, жидкости или газы обладают способностью к передаче тепла. Иными словами, чтобы было понятнее, если какой-то объект начинают нагревать с одной из сторон, он становится проводником тепла, нагреваясь сам и передавая тепловую энергию дальше. Точно так же – и при охлаждении, только с «обратным знаком».

Даже на простом бытовом уровне всем понятно, что эта способность выражена у разных материалов в очень отличающейся степени. Например, одно дело мешать готовящееся на плите кипящее блюдо деревянной лопаткой, и совсем другое – металлической ложкой, которая практически моментально разогреется до такой температуры, что ее невозможно будет держать в руках. Этот пример наглядно показывает, что теплопроводность металла во много раз выше, чем у дерева.

И таких примеров – масса, буквально на каждом шагу. Например, прикоснитесь рукой к обычной деревянной двери в комнате, и к металлической ручке, прикрученной на ней. По ощущениям – ручка холоднее. Но такого не может быть – все предметы в помещении имеют примерно равную температуру. Просто металл ручки быстрее отвел на себя тепло тела, что и вызвало ощущения более холодной поверхности.

Коэффициент теплопроводности материала

Этот коэффициент показывает способность материала передавать определенное количество тепла на определённое расстояние за единицу времени. Причем, это показатель характеризует именно материал, то есть без привязки к каким бы то ни было размерам.

Такие коэффициенты рассчитаны для практически любых строительных и иных материалов. Ниже в данной публикации приведены таблицы для различных групп – растворов, бетонов, кирпичной и каменной кладки, утеплителей, древесины, металлов и т.д. Даже беглого взгляда на них достаточно, чтобы убедиться, насколько эти коэффициенты могут отличаться.

Очень часто производители стройматериалов того или иного предназначения в череде паспортных характеристик указывают и коэффициент теплопроводности.

Материалы, которые отличаются высокой проводимостью тепла, например, металлы, как раз и находят часто применение в роли теплоотводов или теплообменников. Классический пример – радиаторы отопления, в которых чем лучше их стенки будут передавать нагрев от теплоносителя, тем эффективнее их работа.

А вот для большинства строительных материалов – ситуация обратная. То есть чем меньше коэффициент теплопроводности материала, из которого возведена условная стенка, тем меньше тепла будет терять здание с приходом холодов. Или, тем меньше можно будет сделать толщину стены при одинаковых показателях теплопроводности.

И на титульной картинке к статье, и на иллюстрации ниже показаны весьма наглядные схемы, как будет различаться толщина стены из разных материалов при равных способностях удержать тепло в доме. Комментарии, наверное, не нужны.

В справочной литературе часто указывается не одно значение коэффициента теплопроводности для какого-то материала, а целых три. (А иногда – и больше, так как этот коэффициент может меняться с изменением температуры). И это – правильно, так как на теплопроводные качества влияют и условия эксплуатации. И в первую очередь – влажность.

Это свойственно большинству материалов – при насыщении  влагой коэффициент теплопроводности увеличивается. И если ставится цель выполнить расчеты максимально точно, с привязкой к реальным условиям эксплуатации, то рекомендуется не пренебрегать этой разницей.

Итак, коэффициент может даваться расчетный, то есть для совершенно сухого материала и лабораторных условий. Но для реальных расчетов берут его или для режима эксплуатации А, или для режима Б.

Эти режимы складываются консолидировано из климатических особенностей региона и из особенностей эксплуатации конкретного здания (помещения).

Тип своей климатической зоны по уровню влажности можно определить по предлагаемой карте-схеме:

Особенности влажностного режима помещений определяются по следующей таблице:

Таблица определения влажностного режима помещений

Влажностной режим помещения	Относительная влажность внутреннего воздуха при температуре:
	до 12°С	от 13 до 24°С	25°С и выше
Сухой	до 60%	до 50%	до 40%
Нормальный	от 61 до 75%	от 51 до 60%	от 41 до 50%
Влажный	76% и более	от 61 до 75%	от 51 до 60%
Мокрый	–	76% и более	61% и более

Кстати, о влажности!..

А хорошо ли вы представляете себе, что такое относительная влажность воздуха. И какой она должна быть в помещениях для поддержания комфортного микроклимата? Если с этим ясности нет – добро пожаловать к специальной публикации нашего портала, посвященной приборам измерения относительной влажности.

Итак, имея данные карты-схемы и таблицы, можно по второй таблице определиться с выбором режима А или Б, от которого будет зависеть реальная величина коэффициента теплопроводности.

Таблица для выбора режима эксплуатации ограждающих конструкций

Влажностной режим помещения (по таблице)	Зоны влажности (в соотвествии с картой-схемой)
	3 – сухая	2 – нормальная	1 – влажная
Сухой	А	А	Б
Нормальный	А	Б	Б
Влажный или мокрый	Б	Б	Б

Вот по этому режиму и выбирается из табличных данных наиболее близкий к реальности коэффициент теплопроводности.

Таблицы будут приведены ниже, под теоретической частью.

Сопротивление теплопередаче

Такая единица измерения есть, и называется она сопротивлением теплопередаче. Ее можно считать обратной величиной коэффициенту теплопроводности, с одновременным учетом толщины материала.

Обозначается сопротивление теплопередаче (или, как его часто именуют, термическое сопротивление) латинской буквой R. Если «плясать» от коэффициента теплопроводности, то определяется оно по следующей формуле.

R = h/λ

где:

R — сопротивление теплопередаче однослойной однородной ограждающей конструкции, м²×℃/Вт;

h — толщина этого слоя, выраженная в метрах;

λ — коэффициент теплопроводности материала, из которого изготовлена эта ограждающая конструкция, Вт/(м×℃).

Очень часто в строительстве используются многослойные конструкции. В том числе одним из слоев нередко выступает утеплительный материал с очень низким коэффициентом теплопроводности – специально, чтобы максимально повысить значение термического сопротивления. Дело в том, что общее значение суммируется из сопротивлений всех слоев, составляющих ограждающую конструкцию. И к ним добавляется сопротивление приграничных слоев воздуха на внешней и внутренней поверхностях конструкции.

Формула сопротивления перегородки с n-слоев будет такой:

Rsum = R₁ + R₂ + …+Rn + Rai + Rao

где:

Rsum— суммарное термическое сопротивление ограждающей конструкции;

 R₁ … Rn— сопротивления слоев, от 1 до n;

Rai— сопротивление пристенного слоя воздуха внутри;

Rao— сопротивление пристенного слоя воздуха снаружи.

Для каждого из слоев сопротивление рассчитывается отдельно, исходя из коэффициента теплопроводности материала и толщины.

Есть специальная методика расчета и коэффициентов воздушных прослоек вдоль стены снаружи и внутри. Но для упрощенных расчётов их вполне можно взять равными суммарно 0,16 м²×℃/Вт – большой погрешности не будет.

Кстати, если в конструкции перегородки предусмотрена воздушная полость, не сообщающаяся с внешним воздухом, то она тоже дает весомую добавку к общему сопротивлению теплопередаче. Значения сопротивления теплопередаче воздушных изолированных прослоек показаны в таблице ниже:

Таблица термических сопротивлений замкнутых воздушных прослоек

Толщина воздушной прослойки, в метрах	В и Г ▲	Г▼
	tв > 0 ℃	tв < 0 ℃	tв > 0 ℃	tв < 0 ℃
0.01	0.13	0.15	0.14	0.15
0.02	0.14	0.15	0.15	0.19
0.03	0.14	0.16	0.16	0.21
0.05	0.14	0.17	0.17	0.22
0.1	0.15	0.18	0.18	0.23
0.15	0.15	0.18	0.19	0.24
0,2-0,3	0.15	0.19	0.19	0.24
Примечания:
В и Г ▲ – воздушная прослойка вертикальная, или горизонтальная, с рапространением тепла снизу вверх
Г▼ – воздушная прослойка горизонтальная при распространении тепла сверху вниз
tв > 0 ℃ – положительная температура воздуха в прослойке
tв < 0 ℃ – отрицательная температура воздуха в прослойке
Если любая из поверхностей воздушной прослойки, или обе одновременно, оклеены алюминиесвой фольгой, то значение сопротивления теплопередаче принимают вдвое большим.

Таблицы коэффициентов теплопроводности различных групп строительных материалов

Таблица коэффициентов теплопроводности кирпичных кладок и каменных облицовок стен

Наименование материала	ρ Средняя плотность материала кг/м³	λ₀ Коэффициент теплопроводности в идеальных условиях и в сухом состоянии Вт/(м×℃)	λА Коэффициент теплопроводности для условий эксплуатации А Вт/(м×℃)	λБ Коэффициент теплопроводности для условий эксплуатации Б Вт/(м×℃)
Кирпичная кладка из сплошного кирпича на различных растворах
Стандартный керамический (глиняный) – на цементно-песчаном кладочном растворе	1800	0,56	0,70	0,81
Стандартный керамический на цементно-шлаковом растворе	1700	0,52	0,64	0,76
Стандартный керамический на цементно-перлитовом растворе	1600	0,47	0,58	0,70
Силикатный на цементно-песчаном кладочном растворе	1800	0,70	0,76	0,87
Трепельный термооизоляционный, на цементно-песчаном кладочном растворе	1200	0,35	0,47	0,52
– то же, но с плотностью	1000	0,29	0,41	0,47
Шлаковый, на цементно-песчаном кладочном растворе	1500	0,52	0,64	0,70
Кладка из пустотного кирпича
Кирпич керамический, с плотностью 1400 кг/м³, на цементно-песчаном кладочном растворе	1600	0,47	0,58	0,64
– то же, но с плотностью кирпича 1300 кг/м³	1400	0,41	0,52	0,58
– то же, но с плотностью кирпича 1000 кг/м³	1200	0,35	0,47	0,52
Кирпич силикатный, одиннадцатипустотный, на цементно-песчаном кладочном растворе	1500	0,64	0,70	0,81
– то же, четырнадцатипустотный	1400	0,52	0,64	0,76
Кладка или облицовка поверхностей натуральным камнем
Гранит или базальт	2800	3,49	3,49	3,49
Мрамор	2800	2,91	2,91	2,91
Туф	2000	0,76	0,93	1,05
– то же, но с плотностью	1800	0,56	0,70	0,81
– то же, но с плотностью	1600	0,41	0,52	0,64
– то же, но с плотностью	1400	0,33	0,43	0,52
– то же, но с плотностью	1200	0,27	0,35	0,41
– то же, но с плотностью	1000	0,21	0,24	0,29
Известняк	2000	0,93	1,16	1,28
– то же, но с плотностью	1800	0,70	0,93	1,05
– то же, но с плотностью	1600	0,58	0,73	0,81
– то же, но с плотностью	1400	0,49	0,56	0,58

Таблица коэффициентов теплопроводности бетонов различного типа

Наименование материала	ρ кг/м³	λ₀ Вт/(м×℃)	λА Вт/(м×℃)	λБ Вт/(м×℃)
Бетоны на плотном заполнителе
Железобетон	2500	1.69	1.92	2.04
Бетон на натуральном гравии или щебне	2400	1.51	1.74	1.86
Бетоны на натуральных пористых заполнителях
Пемзобетон	1600	0.52	0.6	0.68
– то же, но с плотностью	1400	0.42	0.49	0.54
– то же, но с плотностью	1200	0.34	0.4	0.43
– то же, но с плотностью	1000	0.26	0.3	0.34
– то же, но с плотностью	800	0.19	0.22	0.26
Туфобетон	1800	0.64	0.87	0.99
– то же, но с плотностью	1600	0.52	0.7	0.81
– то же, но с плотностью	1400	0.41	0.52	0.58
– то же, но с плотностью	1200	0.29	0.41	0.47
Бетон на вулканическом шлаке	1600	0.52	0.64	0.7
– то же, но с плотностью	1400	0.41	0.52	0.58
– то же, но с плотностью	1200	0.33	0.41	0.47
– то же, но с плотностью	1000	0.24	0.29	0.35
– то же, но с плотностью	800	20	0.23	0.29
Бетоны на искусственных пористых наполнителях
Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией	1200	0.41	0.52	0.58
– то же, но с плотностью	1000	0.33	0.41	0.47
– то же, но с плотностью	800	0.23	0.29	0.35
Керамзитобетон на керамзитовом песке или керамзитопенобетон	1800	66	0.8	0.92
– то же, но с плотностью	1600	0.58	0.67	0.79
– то же, но с плотностью	1400	0.47	0.56	0.65
– то же, но с плотностью	1200	0.36	0.44	0.52
– то же, но с плотностью	1000	0.27	0.33	0.41
– то же, но с плотностью	800	0.21	0.24	0.31
– то же, но с плотностью	600	0.16	0.2	0.26
– то же, но с плотностью	500	0.14	0.17	0.23
Керамзитобетон на перлитовом песке	1000	0.28	0.35	0.41
– то же, но с плотностью	800	0.22	0.29	0.35
Перлитобетон	1200	0.29	0.44	0.5
– то же, но с плотностью	1000	0.22	0.33	0.38
– то же, но с плотностью	800	0.16	0.27	0.33
– то же, но с плотностью	600	0.12	0.19	0.23
Шлакопемзобетон	1800	0.52	0.63	0.76
– то же, но с плотностью	1600	0.41	0.52	0.63
– то же, но с плотностью	1400	0.35	0.44	0.52
– то же, но с плотностью	1200	0.29	0.37	0.44
– то же, но с плотностью	1000	0.23	0.31	0.37
Шлакопемзопено и шлакопемзогазобетон	1600	0.47	0.63	0.7
– то же, но с плотностью	1400	0.35	0.52	0.58
– то же, но с плотностью	1200	0.29	0.41	0.47
– то же, но с плотностью	1000	0.23	0.35	0.41
– то же, но с плотностью	800	0.17	0.29	0.35
Вермикулетобетон	800	0.21	0.23	0.26
– то же, но с плотностью	600	0.14	0.16	0.17
– то же, но с плотностью	400	0.09	0.11	0.13
– то же, но с плотностью	300	0.08	0.09	0.11
Ячеистые бетоны
Газобетон, пенобетон, газосиликат, пеносиликат	1000	0.29	0.41	0.47
– то же, но с плотностью	800	0.21	0.33	0.37
– то же, но с плотностью	600	0.14	0.22	0.26
– то же, но с плотностью	400	0.11	0.14	0.15
– то же, но с плотностью	300	0.08	0.11	0.13
Газозолобетон, пенозолобетон	1200	0.29	0.52	0.58
– то же, но с плотностью	1000	0.23	0.44	0.59
– то же, но с плотностью	800	0.17	0.35	0.41

Таблица коэффициентов теплопроводности строительных растворов на цементной, известковой, гипсовой основе

Наименование материала	ρ кг/м³	λ₀ Вт/(м×℃)	λА Вт/(м×℃)	λБ Вт/(м×℃)
Обычный цементно-песчаный раствор	1800	0.58	0.76	0.93
Сложный раствор из цемента, песка, извести	1700	0.52	0.7	0.87
Цементно-шлаковый раствор	1400	0.41	0.52	0.64
Цементно-перлитовый раствор	1000	0.21	0.26	0.3
– то же, но с плотностью	800	0.16	0.21	0.26
Известково-песчаный раствор	1600	0.47	0.7	0.81
– то же, но с плотностью	1200	0.35	0.47	0.58
Гипсово-перлитовый раствор	600	0.14	0.19	0.23
Гипсово-перлитовый поризованный раствор	500	0.12	0.15	0.19
– то же, но с плотностью	400	0.09	0.13	0.15
Гипсовые плиты литые конструкционные	1200	0.35	0.41	0.47
– то же, но с плотностью	1000	0.23	0.29	0.35
Листы гипсокартона (сухая штукатурка)	800	0.15	0.19	0.21

Таблица коэффициентов теплопроводности дерева, изделий на основе древесины, а также других природных материалов

Наименование материала	ρ кг/м³	λ₀ Вт/(м×℃)	λА Вт/(м×℃)	λБ Вт/(м×℃)
Хвойная древесина (сосна иди ель) поперек волокон	500	0,09	0,14	0,18
– они же — вдоль волокон	500	0,18	0,29	0,35
Древесина плотных лиственных пород (дуб, бук, ясень) поперек волокон	700	0,1	0,18	0,23
– они же — вдоль волокон	700	0,23	0,35	0,41
Клееная фанера	600	0,12	0,15	0,18
Облицовочный картон	1000	0,18	0,21	0,23
Картон строительный многослойный	650	0,13	0,15	0,18
Плиты древесно-волокнистые (ДВП), древесно-стружечные (ДСП), ориентированно-стружечные (ОСП)	1000	0,15	0,23	0,29
– то же, но для плотности	800	0,13	0,19	0,23
– то же, но для плотности	600	0,11	0,13	0,16
– то же, но для плотности	400	0,08	0,11	0,13
– то же, но для плотности	200	0,06	0,07	0,08
Плиты фибролитовые, арболит на основе портландцемента	800	0,16	0,24	0,3
– то же, но для плотности	600	0,12	0,18	0,23
– то же, но для плотности	400	0,08	0,13	0,16
– то же, но для плотности	300	0,07	0,11	0,14
Плиты камышитовые	300	0,07	0,09	0,14
– то же, но для плотности	200	0,06	0,07	0,09
Плиты торфяные термоизоляционные	300	0,064	0,07	0,08
– то же, но для плотности	200	0,052	0,06	0,064
Пакля строительная	150	0,05	0,06	0,07

Таблица коэффициентов теплопроводности материалов, применяемых в термоизоляционных целях

Наименование материала	ρ кг/м³	λ₀ Вт/(м×℃)	λА Вт/(м×℃)	λБ Вт/(м×℃)
Минеральная вата, стекловата
Маты минеральной ваты прошивные или на синтетическом связующем	125	0.056	0.064	0.07
– то же, но для плотности	75	0.052	0.06	0.064
– то же, но для плотности	50	0.048	0.052	0.06
Плиты минеральной ваты на синтетическом и битумном связующих — мягкие, полужесткие и жесткие	350	0.091	0.09	0.11
– то же, но для плотности	300	0.084	0.087	0.09
– то же, но для плотности	200	0.07	0.076	0.08
– то же, но для плотности	100	0.056	0.06	0.07
– то же, но для плотности	50	0.048	0.052	0.06
Плиты минеральной ваты на органофосфатном связующем — повышенной жесткости	200	0.064	0.07	0.076
Плиты из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем	50	0.056	0.06	0.064
Маты и полосы из стеклянного волокна прошивные	150	0.061	0.064	0.07
Синтетические утеплители
Пенополистирол	150	0.05	0.052	0.06
– то же, но для плотности	100	0.041	0.041	0.052
– то же, но для плотности	40	0.038	0.041	0.05
Пенопласт ПХВ-1 и ПВ-1	125	0.052	0.06	0.064
– то же, но для плотности	100 и менее	0.041	0.05	0.052
Пенополиуретан плитный	80	0.041	0.05	0.05
– то же, но для плотности	60	0.035	0.041	0.041
– то же, но для плотности	40	0.029	0.04	0.04
Пенополиуретан напылением	35	0.027	0.033	0.035
Плиты из резольноформальдегидного пенопласта	100	0.047	0.052	0.076
– то же, но для плотности	75	0.043	0.05	0.07
– то же, но для плотности	50	0.041	0.05	0.064
– то же, но для плотности	40	0.038	0.041	0.06
Пенополиэтилен	30	0.03	0.032	0.035
Плиты из полиизоцианурата (PIR)	35	0.024	0.028	0.031
Перлитопласт-бетон	200	0.041	0.052	0.06
– то же, но для плотности	100	0.035	0.041	0.05
Перлитофосфогелевые изделия	300	0.076	0.08	0.12
– то же, но для плотности	200	0.064	0.07	0.09
Каучук вспененный	85	0.035	0.04	0.045
Утеплители на натуральной основе
Эковата	60	0.041	0.054	0.062
– то же, но для плотности	45	0.038	0.05	0.055
– то же, но для плотности	35	0.035	0.042	0.045
Пробка техническая	50	0.037	0.043	0.048
Листы пробковые	220	0.035	0.041	0.045
Плиты льнокостричные термоизоляционные	250	0.054	0.062	0.071
Войлок строительный шерстяной	300	0.057	0.065	0.072
– то же, но для плотности	150	0.045	0.051	0.059
Древесные опилки	400	0.092	1.05	1.12
– то же, но для плотности	200	0.071	0.078	0.085
Засыпки минеральные
Керамзит – гравий	800	0.18	0.21	0.23
– то же, но для плотности	600	0.14	0.17	0.2
– то же, но для плотности	400	0.12	0.13	0.14
– то же, но для плотности	300	0.108	0.12	0.13
– то же, но для плотности	200	0.099	0.11	0.12
Шунгизит – гравий	800	0.16	0.2	0.23
– то же, но для плотности	600	0.13	0.16	0.2
– то же, но для плотности	400	0.11	0.13	0.14
Щебень из доменного шлака, шлаковой пемзы и аглоперита	800	0.18	0.21	0.26
– то же, но для плотности	600	0.15	0.18	0.21
– то же, но для плотности	400	1.122	0.14	0.16
Щебень и песок из вспученного перлита	600	0.11	0.111	0.12
– то же, но для плотности	400	0.076	0.087	0.09
– то же, но для плотности	200	0.064	0.076	0.08
Вермикулит вспученный	200	0.076	0.09	0.11
– то же, но для плотности	100	0.064	0.076	0.08
Песок строительный сухой	1600	0.35	0.47	0.58
Пеностекло или газостекло
Пеностекло или газо-стекло	400	0.11	0.12	0.14
– то же, но для плотности	300	0.09	0.11	0.12
– то же, но для плотности	200	0.07	0.08	0.09

Таблица коэффициентов теплопроводности кровельных, гидроизоляционных, облицовочных, рулонных и наливных напольных покрытий

Наименование материала	ρ кг/м³	λ₀ Вт/(м×℃)	λА Вт/(м×℃)	λБ Вт/(м×℃)
Асбестоцементные
Листы асбестоцементные плоские («плоский шифер»)	1800	0.35	0.47	0.52
– то же, но для плотности	1600	0.23	0.35	0.41
На битумной основе
Битумы нефтяные строительные и кровельные	1400	0.27	0.27	0.27
– то же, но для плотности	1200	0.22	0.22	0.22
– то же, но для плотности	1000	0.17	0.17	0.17
Асфальтобетон	2100	1.05	1.05	1.05
Изделия из вспученного перлита на битумном связующем	400	0.111	0.12	0.13
– то же, но для плотности	300	0.067	0.09	0.099
Рубероид, пергамин, толь, гибкая черепица	600	0.17	0.17	0.17
Линолеумы и наливные полимерные полы
Линолеум поливинилхлоридный многослойный	1800	0.38	0.38	0.38
– то же, но для плотности	1600	0.33	0.33	0.33
Линолеум поливинилхлоридный на тканевой подоснове	1800	0.35	0.35	0.35
– то же, но для плотности	1600	0.29	0.29	0.29
– то же, но для плотности	1400	0.23	0.23	0.23
Пол наливной полиуретановый	1500	0.32	0.32	0.32
Пол наливной эпоксидный	1450	0.029	0.029	0.029

Таблица коэффициентов теплопроводности металлов и стекла

Наименование материала	ρ кг/м³	λ₀ Вт/(м×℃)	λА Вт/(м×℃)	λБ Вт/(м×℃)
Сталь, в том числе – арматурная стержневая	7850	58	58	58
Чугун	7200	50	50	50
Алюминий	2600	221	221	221
Медь	8500	407	407	407
Бронза	7500÷9300	25÷105	25÷105	25÷105
Латунь	8100÷8800	70÷120	70÷120	70÷120
Стекло кварцевое оконное	2500	0.76	0.76	0.76

Сейчас для утепления различных строений используются, преимущественно, синтетические материалы. Они имеют отличные характеристики, а также в большинстве своем очень удобны в монтаже.

Исходя из значений в таблицах выше, из категории синтетических утеплителей одним из самых энергоэффективных является PIR-плита. При плотности всего 35 кг/м³ коэффициент теплопроводности у нее в среднем составляет 0,024 Вт/м*К. Но он может быть и меньше в зависимости от технологии производства PIR-плиты у того или иного производителя.

Так, например, PIR-плиты LOGICPIR от российского производителя ТЕХНОНИКОЛЬ имеют показатель теплопроводности всего 0,022 Вт/м*К. Почему значение так снижается? Дело в том, что этот вид утеплителя с обеих сторон имеет фольгированный слой. Фольга, как известно, сама по себе способна отлично отражать тепловую энергию в обратную сторону, то есть в помещение. Благодаря этому свойству энергоэффективность материала растет, а теплопотери в доме снижаются. Таким образом PIR-утеплитель, имеющий такой слой с одной и другой стороны, гораздо лучше выполняет свои функции, чем, например, PIR-материал с бумажным технологическим покрытием.

В целом же LOGICPIR — обычная PIR-плита, которая представляет собой пористый материал с множеством микроячеек, наполненных воздухом. Она очень тонкая (толщина варьируется в пределах 2-5 см), легкая, не нагружает строительные конструкции, но при этом прочная и достаточно плотная, чтобы выдерживать некоторые физические воздействия. Инертна к химическим воздействиям, биологически устойчива и, кроме того, не склонна к возгораниям.

Во время эксплуатации (а срок использования PIR-плит LOGICPIR составляет 50 лет) материал не теряет своих свойств. Его коэффициент теплопроводности не меняется даже при намокании: сам по себе утеплитель не впитывает воду. Дополнительную парозащиту обеспечивает и тот самый фольгированный слой — если при монтаже плит проклеить все стыки алюминиевым скотчем, то формируется непрерывный слой пароизоляции, не пропускающий влагу. Словом, это неплохой вариант синтетического утеплителя с одними из самых высоких характеристик.

Видео: Утепление каркасного дома PIR плитами

Для чего используются такие расчеты в практическом приложении?

Оценка эффективности имеющейся термоизоляции

А для чего бывает необходимо вычислять это сопротивление, какая от этого практическая польза?

Такими расчетами можно очень точно оценить степень термоизоляции своего жилья.

Дело в том, что для различных климатических регионов России специалистами рассчитаны так называемые нормативные показатели этого сопротивления теплопередаче, отдельно для стен, перекрытий и покрытий. То есть если сопротивление конструкции отвечает этой норме, то за утепление можно быть спокойным.

Значение этих нормированных сопротивлений для разных строительных конструкций можно найти, воспользовавшись предлагаемой картой схемой.

Если не дотягивает – надо принимать меры, усиливать термоизоляцию, чтобы минимизировать потери тепла. И, стало быть, решить обратную задачу. То есть с использованием той же формулы (сопротивление от коэффициента теплопроводности и толщины) найти ту толщину утепления, которая восполнит имеющийся «дефицит» до нормы.

Ну а если термоизоляции пока нет, то тут и вовсе все просто. Тогда потребуется определить, какой слой выбранного утеплительного материала обеспечит выход на нормированное значение сопротивления теплопередаче.

Определение уровня тепловых потерь

Еще одна важная задача – это определение величины тепловых потерь через ограждающую конструкцию. Такие вычисления бывают необходимы когда, например, определяется требуемая мощность системы отопления. Как по помещениям — для правильной расстановки обогревательных приборов (радиаторов), так и общая — для выбора оптимальной модели котла.

Дело в том, что это сопротивление описывается еще одной формулой, уже от разницы температур и количества тепла, уходящего через ограждающую конструкцию площадью один квадратный метр.

R = Δt / q

Δt — разница температур по обе стороны конструкции, ℃.

q — удельное количество теряемого тепла, Вт.

То есть если известна площадь ограждающей конструкции и ее термическое сопротивление (определенное, например, через толщину и коэффициент теплопроводности), если известно, для каких условий производится расчет (например, нормальная температура в помещении и самые сильные морозы, присущие данной местности), то можно спрогнозировать и тепловые потери через эту конструкцию.

Q = S × Δt/R

Q — теплопотери через ограждающую конструкцию, Вт.

S — площадь этой конструкции, м².

Такие расчеты в помещении проводятся для всех ограждающих конструкций, контактирующих с холодом, и затем определяется суммарные потери, которые должны компенсироваться системой отопления. Или, если эти потери получаются слишком большими – это становится побудительным мотивом к усовершенствованию системы термоизоляции – что-то с ней не так.

Еще одна ремарка. Это мы говорили о конструкциях, состоящих из нескольких слоев разных строительных и утеплительных материалов. А как быть с окнами? Как для них просчитывается сопротивление теплопередаче?

Методика здесь – несколько иная, и самостоятельно заниматься такими расчетами вряд ли имеет смысл. Можно воспользоваться таблицей, в которой уже имеются готовые значения сопротивления для различных типов конструкций окон.

Таблица приведенных значений сопротивления теплопередаче для окон, остекленных балконных дверей, световых проемов (фонарей)

Материал и схема запонения проема	Приведенное термическое Ro, м ² × °С/Вт
	Д и ПВХ	А
Двойное остекление в спаренных переплетах	0.4	–
Двойное остекление в раздельных переплетах	0.44	0,34*
Тройное остекление в раздельно-спаренных переплетах	0.55	0.46
Однокамерный стеклопакет:
– из обычного стекла	0.38	0.34
– из стекла с твердым селективным покрытием	0.51	0.43
– из стекла с мягким селективным покрытием	0.56	0.47
Двухкамерный стеклопакет:
– из обычного стекла (с межстекольным расстоянием 6 мм)	0.51	0.43
– из обычного стекла (с межстекольным расстоянием 12 мм)	0.54	0.45
– из стекла с твердым селективным покрытием	0.58	0.48
– из стекла с мягким селективным покрытием	0.68	0.52
– из стекла с твердым селективным покрытием и заполнением аргоном	0.65	0.53
Обычное стекло и однокамерный стеклопакет в раздельных переплетах:
– из обычного стекла	0.56	–
– из стекла с твердым селективным покрытием	0.65	–
– из стекла с мягким селективным покрытием	0.72	–
– из стекла с твердым селективным покрытием и заполнением аргоном	0.69	–
Обычное стекло и двухкамерный стеклопакет в раздельных переплетах:
– из обычного стекла	0.68	–
– из стекла с твердым селективным покрытием	0.74	–
– из стекла с мягким селективным покрытием	0.81	–
– из стекла с твердым селективным покрытием и заполнением аргоном	0.82	–
Два однокамерных стеклопакета в спаренных переплетах	0.7	–
Два однокамерных стеклопакета в раздельных переплетах	0.74	–
Четырехслойное остекление в двух спаренных переплетах	0.8	–
Блоки стеклянные пустотные (с шириной кладочных швов 6 мм) размером:
-200×200 ×100 мм	0,31 (без переплета)
-250×250 ×100 мм	0,33 (без переплета)
Примечания:
Д и ПВХ – переплеты из дерева или пластика (поливинилхлорида)
А – переплеты из алюмииия
* – перепеты из стали
все указанные значения даны для площади остекления 75% от площади светового проема

Понятно, что тепловые потери будут считаться,  исходя из площади остекления и разницы температур.

Надо заметить, что профессиональные теплотехнические расчеты учитывают еще и множество различных поправочных коэффициентов, в том числе на инсоляцию (воздействие солнечных лучей), светопоглощающие и отражающие свойства поверхностей, неоднородность конструкций и другие. Но для самостоятельной первичной оценки достаточно и того алгоритма, что приведен выше.

Для любителей же более обстоятельного подхода можно порекомендовать следующий видеосюжет:

Видео: Алгоритмы профессионального расчета сопротивления теплопередаче стен

Мы же завершим публикацию онлайн-калькулятором, который вполне позволяет на бытовом уровне решить ряд задач, о которых шла речь выше.

Калькулятор расчета термического сопротивления ограждающей конструкции

Перейти к расчётам

Пояснения по работе с калькулятором

Программа несложна, но все же требует некоторых пояснений.

Предлагаемый алгоритм расчета позволяет провести вычисления сопротивления теплопередаче для любой ограждающей конструкции, включающей от одного до пяти различных слоев.

• Первый слой пусть будет считаться по умолчанию основным. Для него указывается:

— его толщина в миллиметрах (так сделано для удобства, а перевод в метры программа выполнит самостоятельно).

— коэффициент теплопроводности материала, из которого создан этот слой. Значение берется из таблиц, с учетом режима эксплуатации А или Б. При вводе значения в калькулятор вместо запятой в качестве десятичного разделителя используется точка.

• Вторым слоем предлагается указать имеющуюся (если есть) или планируемую термоизоляцию. Здесь уже на выбор – если оставить по умолчанию «нет», то программа проигнорирует этот слой. Если согласиться – появятся поля ввода данных, те же толщина и коэффициент теплопроводности.
• Аналогично по выбору пользователя вводятся или игнорируются еще три произвольных слоя. Это, кстати, могут быть внешняя и внутренняя отделка, если она выполнена из значимых для теплопроводности материалов, многослойная кладка стены и т.п.
• Если задача стоит только в определении сопротивления теплопередаче, то можно сразу переходить к клавише «РАССЧИТАТЬ…».
• Ну а если есть желание еще и найти величину тепловых потерь через рассчитываемую ограждающую конструкцию, то ставится отметка «да, включить дополнительный расчёт». В этом случае появятся еще три поля ввода данных – площадь ограждающей конструкции, температура в помещении и температура на улице.

Уличную температуру для расчетов, как правило, берут минимальную, свойственную самой холодной декаде зимы в регионе проживания. Так задается необходимый запас мощности отопительного оборудования и эффективности системы утепления. Домашнюю температуру обычно считают в пределах 20÷24 ℃ для жилых помещений. Для нежилых (подъезды, коридоры, кладовые и т.п.) можно ограничиться +15 ℃. Для ванных, душевых, бань – порядка 35 ℃.

Рассчитанное термическое сопротивление показывается первой строкой появляющегося результата. Если был выбран вариант с вычислением тепловых потерь, то их значение (в ваттах) будет указано во второй строке.

Советы начинающему инженеру.

Продолжение статьи про коэффициенты теплопередачи ограждающих конструкций.

В предыдущей статье рассматривалось, где найти R ограждающих конструкций, если здание реконструируется или проектируется с учетом существующих норм.

Другое дело, когда заказчик просит посчитать теплопотери, например, в уже построенном здании.

Для этого необходимо знать толщины каждого слова, и наименование материала.

Наименование материала нужно для того чтобы найти теплопроводность

согласно приложения Т СП 50.13330.2012.

Теплотехнический расчет наружной стены

Сопротивление теплопередаче Ro, м2×°С/Вт, ограждающей конструкции следует определять по формуле,

Ro=1/ альфа внутр +Rк +1/ альфа наруж, по формуле Е.6 СП 50.13330.2012;

где альфа внутр. – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по табл. 4 СП 50.13330.2012;

Rк – термическое сопротивление ограждающей конструкции, м2×°С/Вт,

определяемое: однородной (однослойной) – по формуле 9.5 СП 50.13330.2012,

Rк = R1 + R2 + … + Rn, многослойной по формуле 7.4 СП 50.13330.2012

альфа наруж – коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции. Вт/(м °С), принимаемый по табл. 6 СП 50.13330.2012.

альфа внутр. = 8,7

альфа наруж.= 23

Пример 1

Рассчитать фактическое сопротивление теплопередачи наружной стены в жилых помещениях.

конструкция стен:

Кирпич толщ. 0.65 м, теплопроводность 0.58 Вт/м х°С

Пенополистирол толщ. 0.06 м, теплопроводность 0.05 Вт/м х°С

Штукатурка толщ. 0.02 м, теплопроводность 0.81 Вт/м х°С.

Rф = 1/8.7 + 0.65/0.58 + 0.06/0.05 + 0.02/0.81 + 1/23 = 2.52 м2 х °С /Вт

Коэффициент теплопередачи стены К=1/ Rф =1/2,52=0,3968 Вт/(м2 х °С)

Пример 2

Рассчитать фактическое сопротивление теплопередачи наружной стены в помещениях ванных комнат.

Конструкция стен:

Кирпич толщ. 0.74 м, теплопроводность 0.58 Вт/м х°С

Пенополистирол толщ. 0.06 м, теплопроводность 0.05 Вт/м х°С

Плиты минераловатные толщ. 0.05 м, теплопроводность 0.076 Вт/м х°С

Штукатурка толщ. 0.02 м, теплопроводность 0.81 Вт/м х°С

Rф. = 1/8.7 + 0.74/0.58 + 0.06/0.05 + 0.05/0.076 + 0.02/0.81 + 1/23 = 3.317 м2 х°С /Вт

Коэффициент теплопередачи стены К=1/ Rф. =1/3,317=0,3014 Вт/(м2 х С)

Пример 3

Рассчитать фактическое сопротивление теплопередачи наружной чердачного перекрытия.

Конструкция перекрытия:

Стяжка толщ. 0.015 м, теплопроводность 0.76 Вт/м х°С

Мин.плита «РУФ БАТТС» γ=175кг/м³ толщ. 0.15 м, теплопроводность 0.046 Вт/м х°С

Rф. = 1/8.7+0,015/0,76+0.15/0,046+1/12=3,48 м2 х °С /Вт

Коэффициент теплопередачи перекрытия К=1/ Rф. =1/3,48=0,287 Вт/(м2 х °С).

Что касаемо окон, то коэффициент теплопередач нужно запрашивать у производителей.

Рубрика основывается на вопросах, которые мне приходят, от подписчиков в интернет ресурсах.

А именно группа в ВК,

группа в ОК,

канал ютуба,

яндекс Дзен.

Ну, и также вы при желании можете поддержать канал копеечкой, перейдя по ссылке. http://www.donationalerts.ru/r/sozonov