Теплотехнический расчет стены.

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.