Простые правила тёплой стены
Желаемое и возможное тепло
В общем случае применяют внешнее утепление. Внутреннее не только менее эффективно, но и противопоказано для дома круглогодичного проживания. Вопрос выбора утеплителя также сложен и неоднозначен.
Расчёт теплового сопротивления стен из различных материалов
В России в настоящее время используется поэлементное нормирование сопротивления теплопередаче, то есть для каждого элемента наружных ограждающих конструкций нормами задаётся минимально допустимое значение: для стен, окон, крыш и перекрытий.
В Европейских странах и Америке принят немного другой подход к экономии тепла, по удельным теплопотерям. Его смысл в том, что выбор вида ограждающих конструкций увязан с требуемым значением удельной потребности в тепловой энергии на отопление здания.
Попросту говоря, нормируются затраты на отопление одного квадратного метра дома. А каким способом будет достигнута эта величина, остаётся на усмотрении застройщика. Именно поэтому, а ещё за счёт более высоких среднегодовых температур, в этих странах в моде большие площади остекления.
Однако нужно учесть, что при полном остеклении фасадов применяются специальные конструкции стен с редкими для нас системами отопления. Между наружной и внутренней стеклянной оболочкой подаётся тёплый воздух - в таком варианте и в их климате это успешно работает. Однако, в наших условиях, потери тепла непременно серьёзно возрастают и комфорт проживания в доме со стеклянными стенами довольно сомнителен. Ведь таких оконных конструкций, которые имели хотя бы приближенную к обычным стенам теплозащиту, пока не придумано.
Расчёт теплового сопротивления стен
Чтобы предельно точно, коэффициент теплопроводности показывает количество тепла, проходящее за 1 час через 1 м2 поверхности испытуемого материала толщиной в 1 метр при разнице температур поверхностей этого материала равных 1°С. Как видно, реальная толщина материала не влияет на коэффициент теплопроводности. Однако эта толщина учитывается так называемым коэффициентом теплопередачи.
Принцип расчёта следующий: исходя из климатических условий региона нормируется величина значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций R.
Для климатических условий Челябинска R(м2°С/Вт) равен: для наружных стен 3,42; для чердачных перекрытий и перекрытий над неотапливаемым подвалом 4,5; для кровли 5,09. Единственное, что следует отметить, так это то, что подобные параметры в реальных условиях практически не выполняются. Так что есть, к чему стремиться.
Расчёт однослойных конструкций не представляет сложностей. Однако поскольку сегодня большинство ограждающих конструкций многослойные, требуется учесть сопротивление теплопередаче всех слоёв. Для этого требуется знать толщину и коэффициент теплопроводности каждого составляющего материала. А затем просуммировать все вычисленные значения. Можно не учитывать слои внутренней и наружной штукатурок, так как доказано, что тонкие слои материала с высоким коэффициентом теплопроводности на тепловое сопротивление конструкций заметного влияния не оказывают.
Таблица термического сопротивления часто встречающихся материалов стен
| Материал и коэф-т теплопроводности λ | Толщина стены, мм | R стены |
| Кирпич керамический полнотелый, λ=0,56 | 510 (в 2 кирпича) | 0,85 |
| 250 (в 1 кирпич) | 0,42 | |
| 120 (в 1/2 кирпича) | 0,21 | |
| Кирпич керамический пустотелый 1000 кг/м3, λ=0,4 | 640 (в 2,5 кирпича) | 1,6 |
| 510 (в 2 кирпича) | 1,28 | |
| 380 (в 1,5 кирпича) | 0,95 | |
| Кирпич силикатный, λ=0,7 | 640 (в 2,5 кирпича) | 0,91 |
| 510 (в 2 кирпича) | 0,73 | |
| 380 (в 1,5 кирпича) | 0,54 | |
| Пеноблок и газоблок 1000 кг/м3, λ=0,37 | 600 | 1,62 |
| 400 | 1,08 | |
| 200 | 0,54 | |
| Пеноблок и газоблок 700 кг/м3, λ=0,3 | 600 | 2,0 |
| 400 | 1,33 | |
| 200 | 0,67 | |
| Крупноформатный керамический блок, λ=0,2 | 380 | 1,9 |
| 250 | 1,25 | |
| Арболит (цементно-стружечный блок), λ=0,3 | 600 | 2,0 |
| 400 | 1,33 | |
| Железобетон, λ=1,7 | 600 | 0,35 |
| 400 | 0,24 | |
| Сосна поперёк волокон, λ=0,1 | 200 | 2,0 |
| 150 | 1,5 | |
| 100 | 1,0 |
Таблица термического сопротивления часто встречающихся утеплителей
| Теплоизоляционный материал | Толщина слоя, мм | R утеплителя |
| Плита минераловатная плотностью 50 кг/м3, λ=0,04 | 100 | 2,5 |
| 50 | 1,25 | |
| Плита минераловатная плотностью 100 кг/м3, λ=0,056 | 100 | 1,79 |
| 50 | 0,89 | |
| Пенополистирол (пенопласт) плотностью 40 кг/м3, λ=0,038 | 100 | 2,63 |
| 50 | 1,32 | |
| 30 | 0,79 | |
| Экструзионный пенополистирол плотностью 45 кг/м3, λ=0,033 | 50 | 1,52 |
| 40 | 1,21 | |
| 20 | 0,61 | |
| Пенополиуретан напыляемый плотностью 40 кг/м3, λ=0,03 | 100 | 3.33 |
| 50 | 1,67 | |
| Эковата, λ=0,04 | 100 | 2,5 |
| 50 | 1,25 |
Как видно из приведённой таблицы, ни одна однослойная стена разумной толщины даже близко не подходит к действующим сегодня необходимым требованиям по теплопотерям стен. Для их соблюдения необходимо применение утеплителя.
На теплопроводность материалов стен и утеплителей сильно влияет такое явление, как влажность. Вода имеет довольно высокий коэффициент теплопроводности и, когда замещает собой воздух в порах материала, ухудшает его теплопроводность. К примеру, при намокании минераловатного утеплителя всего на 5%, его теплоизоляционные свойства снижаются вдвое.
С влажностью связан ещё один аспект, важный для жизни и строительства. Дело в том, что испарение жидкости требует в несколько раз больше тепла, чем доведение этой же жидкости до точки кипения. На практике мокрая стена в процессе высыхания отбирает у дома поистине огромное количество тепла, а ветер ещё и ускоряет этот процесс. В пересчёте на деньги сырость может «вылиться» владельцу дома в весьма существенные добавочные расходы на отопление.
Быстрая оценка теплосберегающих возможностей дома
В любом случае, крайне желательно иметь общие представления о возможностях и последствиях разных способов размещения утеплителей. Используя таблицу можно легко рассчитать вид и толщину слоя утеплителя. Важно учесть, что данный метод предназначен лишь для быстрой оценки потребности и определения количества утеплителя, но не более того.
Допустим, имеется стена из рядового пустотелого кирпича толщиной 51 см (в 2 кирпича).
Величина термического сопротивления такой кирпичной стены составит R=1,28.
Для обеспечения требуемого показателя (3,42) необходимо подобрать утеплитель с сопротивлением его слоя R=3,42-1,28=2,14.
Близкие к этому параметры теплового сопротивления имеют: слой минеральной вата или пенопласта толщиной порядка 8 см или экструдированный пенополистирол толщиной 7 см. Что конкретно выбрать, зависит от домовладельца. По таблице также можно выяснить, что популярная за счёт своей экономичности конструкция стены, включающая 300 мм ячеистого блока с фасадной облицовкой в полкирпича, современным требованиям теплосбережения не соответствует.
Всё вышесказанное абсолютно не означает, что обитатели недостаточно (по нормативам) утеплённого дома зимой непременно начнут замерзать. При условии, что показатели теплосбережения стен и других ограждающих конструкций выше средних, в существующих реалиях пока ещё проще увеличить мощность системы отопления. Однако, если цена топлива в ближайшей перспективе будет приближаться к европейскому уровню (а всё говорит именно об этом), простая арифметика покажет, что выгоднее, всё-таки, утепляться.
