№ слоя Слой δ, мм λ, Вт/(м °С) γ, кг/м 3 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]:
где tint — расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания [табл.1, СП 23-101-2004]; ht — средняя температура наружного воздуха отопительного периода [табл.1, СП 23-101-2004]; ht — продолжительность отопительного периода [табл.1, СП 23-101-2004].
Определим требуемое значение сопротивления теплопередачи Rreq по табл. 3 [СП 50.13330.2012]
где Dd — градусо-сутки отопительного периода;
Rreq = 0.0003*6748+1.2=3.2244 м 2 *°С/Вт,
Определение приведённого сопротивления теплопередаче стены
где αв — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м 2 *°С), принимаемый по табл. 4 СП 50.13330.2012; н — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкций для условий холодного периода, Вт/(м 2 *°С), принимаемый по таблице 6 СП 50.13330.2012;
Rs — термическое сопротивление слоя однородной части фрагмента (м 2 *°С)/Вт, определяемое по формуле:
δs — толщина слоя, м; s — расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м*°С), принимаемый согласно приложения Т СП 50.13330.2012. s уэ — коэффициент условий эксплуатации материала слоя, доли ед. При отсутствии данных принимается равным 1.
Расчетное значение сопротивления теплопередаче, R
Rreq — 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
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
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.
Характеристики слоёв стены:
Для элементов конвекции, следует создать типы жёсткости Конвекция (двухузловые). Для таких элементов задаются коэффициенты конвекции внутреннего и внешнего слоя.
Шаг 4 Внешняя нагрузка
Через внешнюю нагрузку задаётся температура воздуха для элементов конвекции. Для этого, в разделе нагрузки, нужно открыть Заданная t.
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 пр
где R усл j — протяжённость линейной неоднородности j-го вида, приходящаяся на 1 м 2 фрагмента теплозащитной оболочки здания, или выделенной ограждающей конструкции, м/м 2 ; I — удельные потери теплоты через линейную неоднородность j-го вида, Вт/(м*°С); k — количество точечных неоднородностей k-го вида, приходящихся на 1 м 2 фрагмента теплозащитной оболочки здания, или выделенной ограждающей конструкции, шт./м 2 ; k — удельные потери теплоты через точечную неоднородность k-го вида, Вт/°С; i — площадь плоского элемента конструкции i-го вида, приходящаяся на 1 м 2 фрагмента теплозащитной оболочки здания, или выделенной ограждающей конструкции, м 2 /м 2 ;
где Ai — площадь i-й части фрагмента, м 2 ; i — коэффициент теплопередачи i-й части фрагмента теплозащитной оболочки здания (удельные потери теплоты через плоский элемент i-го вида), Вт/(м 2 *°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*d 2 /4*(1000/50)=1.41372 см 2 /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 см 2 /м
dут , мм λ λ λ 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 см 2 /м
dут , мм λ λ λ 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: ут , мм;
Потери теплоты по таблице Г.42:
Потери теплоты по таблице Г.43:
Итоговое значение потерь теплоты:
Суммарная протяжённость линейных неоднородностей Σlj = 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 м 2 *°С/Вт.
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:
Теплопроводность материалов
Ярко выраженной способностью проводить тепло обладают металлы. Для полимеров свойственна невысокая теплопроводность, а некоторые из них практически не проводят тепло, например, стекловолокно, такие материалы называются теплоизоляторами. Чтобы существовал тот или иной поток тепла через пространство, необходимо наличие некоторой субстанции в этом пространстве, поэтому в открытом космосе (пустое пространство) теплопроводность равна нулю.
Каждый гомогенный (однородный) материал характеризуется коэффициентом теплопроводности (обозначается греческой буквой лямбда), то есть величиной, которая определяет, сколько тепла нужно передать через площадь 1 м², чтобы за одну секунду, пройдя через толщу материала в один метр, температура на его концах изменилась на 1 К. Это свойство присуще каждому материалу и изменяется в зависимости от его температуры, поэтому этот коэффициент измеряют, как правило, при комнатной температуре (300 К) для сравнения характеристики разных веществ.
Если материал является неоднородным, например, железобетон, тогда вводят понятие полезного коэффициента теплопроводности, который измеряется согласно коэффициентам однородных веществ, составляющих этот материал.
В таблице ниже приведены коэффициенты теплопроводности некоторых металлов и сплавов во Вт/(м*К) для температуры 300 К (27 °C):
сталь 47—58; алюминий 237; медь 372,1—385,2; бронза 116—186; цинк 106—140; титан 21,9; олово 64,0; свинец 35,0; железо 80,2; латунь 81—116; золото 308,2; серебро 406,1—418,7. В следующей таблице приведены данные для неметаллических твердых веществ:
стекловолокно 0,03—0,07; стекло 0,6—1,0; асбест 0,04; дерево 0,13; парафин 0,21; кирпич 0,80; алмаз 2300.
Из рассматриваемых данных видно, что теплопроводность металлов намного превышает таковую для неметаллов. Исключение составляет алмаз, который обладает коэффициентом теплопередачи в пять раз больше, чем медь. Это свойство алмаза связано с сильными ковалентными связями между атомами углерода, которые образуют его кристаллическую решетку. Именно благодаря этому свойству человек чувствует холод при прикосновении к алмазу губами. Свойство алмаза хорошо переносить тепловую энергию используется в микроэлектронике для отвода тепла из микросхем. А также это свойство используется в специальных приборах, позволяющих отличить настоящий алмаз от подделки.
В некоторых индустриальных процессах стараются увеличить способность передачи тепла, чего достигают либо за счет хороших проводников, либо за счет увеличения площади контакта между составляющими конструкции. Примерами таких конструкций являются теплообменники и рассеиватели тепла. В других же случаях, наоборот, стараются уменьшить теплопроводность, чего достигают за счет использования теплоизоляторов, пустот в конструкциях и снижения площади контакта элементов.
Утепление стены из керамических блоков Однослойная стена из керамики обладает существенными преимуществами перед двухслойными стенами. Пористые керамические блоки — весьма долговечный материал, срок службы стены из подобного материала специалистами оценивается от 100 лет и более.
Если прямо сравнивать с двухслойными конструкциями стен, то их капитальный ремонт потребуется уже очень скоро, прогнозный срок 30 – 35 лет, и даже 20 лет – для некачественных пеополистиролов. Обычный дешевый утеплитель в этот срок выйдет из строя и в основном утратит свои уникальные свойства.
Другие преимущества стены из керамики в один слой Однослойная керамическая стена гораздо устойчивее к всевозможным повреждениям чем двухслойная. Нарушения фасадной отделки не приведут к таким последствиям, как если бы нарушить отделку над минеральной ватой или пенополистиролом.
Отсутствует риск увлажнения при нарушении технологии строительства или повреждении слоев. Действительно, если нарушить принципы утепления в двухслойных стенах, то легко можно переувлажнить конструкцию. однослойная стена в целом получается дешевле. Если качество материалов будет сопоставимым, то в любом случае конструкция в один слой будет иметь меньшую итоговую цену. проще, быстрее строится. Во время строительства простота и технологичность зачастую диктуют и особенности конструкции. Нужно искать специалистов по утеплению, чтобы сделали второй слой правильно и т.д. Эти вопросы попросту отпадают. Что известно Из блоков поризованной керамики можно построить однослойную стену с удовлетворительными теплосберегающими свойствами для умеренного и теплого климата.
Но в холодных регионах однослойная стена из блоков не может обеспечить необходимую теплоизоляцию.
Там приходится (становится выгоднее) строить двухслойные стены, в которых несущий слой покрыт утеплителем.
Далее рассмотрим подробнее особенности стены из поризованной керамики, в каких случаях нужно утеплять стены из блоков, и как правильно это сделать…
Теплосберегающие свойства керамических блоков Уменьшение теплопроводности в изделиях из поризованной керамики достигается за счет наличия множества закрытых полостей с воздухом. Производство керамических блоков во многом схоже с изготовлением обычного кирпича, но в материал добавляются компоненты, которые при обжиге сгорают, образуя поры.
Из такой массы формируют пустотелые блоки и кирпичи с большими внутренними полостями. В результате коэффициент теплопроводности керамического блока составляет 0,15 — 0,17 Вт/мК, а для пустотелого кирпича — 0,2 Вт/мК.
Влажность влияет на эти значения, но в гораздо меньшей степени чем для газобетонных блоков, у которых пористость меньше, и количество пор больше.
Как сделать теплой всю кладку и стену Кладку керамических блоков рекомендуется делать на теплосберегающем растворе. Вертикальные швы в блоках с пазогребенными боковинами раствором не заполняются.
Керамические блоки большой точности изготовления, с неточностью размера по высоте не более 1 мм (шлифованные), можно укладывать на тонкий слой клея или на специальную клеящую пену.
В этих случаях коэффициент теплопроводности готовой кладки из керамических блоков по сравнению с самими блоками увеличивается не значительно.
Кладка и стена могут утратить возможные теплосберегающие свойтсва, если только применить обычный тяжелый раствор толстым слоем. Тогда образующиеся масштабные мостики холода, попросту нивелируют достижения теплой керамики.
Выбор блоков и раствора по теплопотерям Блоки обычно выпускаются длиной 25, 38, 44 и 51 см. Они кладутся поперек стены, рельефной боковой поверхностью к соседним блокам. Тогда толщина стены равняется длине блока.
Рассмотрим пример. Для региона Москвы требуемое сопротивление теплопередаче стен дома составляет не менее чем 3,15 м2*К/Вт. Примерно такое же значение у кладки из керамических блоков толщиной 51 см выполненной на теплосберегающем растворе или на клею.
Но если применить обычный цементно-известковый раствор, то сопротивление теплопередаче стены будет составлять 2,7 — 2,8 м2*К/Вт.
Для строительства частных домов до 3 этажей в нехолодном климате выгодней использовать блоки вместо кирпича, кладка из которого дороже и значительно холоднее.
Уменьшить количество доборных блоков Вертикальные швы между блоками с пазогребенной боковой поверхностью раствором не заполняются. Их заполнение необходимо в случае применения доборных блоков с ровными гранями или кирпичей.
Большое количество таких блоков может быть в углах, изгибах стен, возле проемов.
Проекты домов из керамических блоков предусматривают расстояния кратные целому числу блоков, поэтому применение доборных сведено к минимуму.
Какого размера керамические блоки выбрать Стена из керамических блоков с незаполненными вертикальными швами должна обязательно штукатурится с двух сторон для уменьшения воздухопроницания.
Снаружи должен применяться только специальный паропроницаемый штукатурный слой. Можно дополнительно увеличить теплосберегающие свойства стены, если снаружи применить теплую штукатурку слоем от 4 см толщиной.
Популярна технология, при которой стена из керамических блоков обкладывается пустотелым фасадным кирпичем. Кладка ведется без оставления воздушного зазора. Толщина стены увеличивается минимум на 12 см. При этом увеличиваются немного и теплоизоляционные характеристики.
Поэтому для южных регионов и на Украине чаще применяются керамические блоки длиной 38 см (толщина кладки 38 см) снаружи оштукатуренные слоем теплой штукатурки 4 -7 см, или обложенные пустотелым фасадным кирпичем. Такая стена будет иметь для регионов с мягкими зимами удовлетворительные теплосберегающие свойства.
Целесообразная ширина стены Если сопротивление теплопередаче стены окажется ниже рекомендаций СНиП 23.02.2003, то восполнить недостачу и привести общие теплопотери здания в соответствии с требованиями нормативов, можно за счет увеличения утепленности других конструкций здания, в соответствии с проектными решениями.
Следует учитывать, что широкая стена предъявляет повышенные требования по прочности и размерам к фундаменту.
Стена из блоков поризованной керамики может быть шире чем цоколь не более чем на 20%, и до 30% при подтверждении расчетом на прочность в проекте.
Стену из керамики шире чем 63 см (51 + 12) строить экономически не выгодно, так как на утепление будет расходоваться значительное количество дорогого прочного материала (поризованной керамики) в котором нет надобности по требованиям прочности.
Собственно это и является условием для перехода на возведение двухслойных стен с узким несущим слоем в северных регионах.
Конструкция утепления стены из керамоблоков, теплоизоляционные мероприятия в различных местах кладки В стене из керамических блоков встраиваются железобетонные и металлические элементы конструкции, которые обладают гораздо большей теплопроводностью, чем сама стена, поэтому они обязательно ограждаются со стороны улицы дополнительным слоем утеплителя.
Над оконными или дверными проемам устанавливаются ригели — железобетонные балки-перемычки. Это стандартные элементы специально предназначенные для проемов в широких стенах. С наружной стороны они ограждаются не менее чем 10 см слоем минеральной ваты и тонким слоем керамики. Перекрытия на этажах и брус мауэрлат для кровли должны опираться на железобетонную раму, сделанную как цельная конструкция над всеми несущими стенами на уровне этажа, и равномерно распределяющую нагрузки на стены. Эта железобетонная рама (бетонный пояс) ограждаются со стороны улицы не менее чем 10 см умерено жесткого утеплителя минеральная вата и доборными керамическими блоками. Внутренние несущие стены перевязываются кладкой с наружными стенами. Блоки внутренних стен со стороны улицы ограждаются аналогично. Железобетонный цоколь, на который опираются несущие стены (кладка из керамических блоков может опираться только на монолитный ленточный фундамент достаточной жесткости согласно проекту), снаружи ограждается утеплителем экструдированный пенополистирол (обычно не менее 8 см толщиной согласно расчету) или пеностеклом толщиной от 12 см.
Как теплоизолировать стены из блоков в холодном климате В холодном климате стены из поризованной керамики разумной толщины не могут удовлетворять требованиям по теплосбережению, поэтому должны изолироваться дополнительным (вторым) слоем утеплителя.
При этом несущий слой поризованной керамики делают сравнительно не широким , обычно ширина кладки составляет от 25 см. В качестве утеплителя для блоков применяют более паропроницаемые слои утепления из минеральной ваты или газобетона низкой плотности.
Применение пароизляционных материалов, — пенопласта, пенополистирола экструдированного, пеностекла, создает риски намокания самой несущей стены.
Какие утеплители применить Для утепления стен из керамических блоков применяются следующие утеплители.
Жесткие плиты минеральной ваты плотностью от 125 кг/м куб и больше. Они наклеиваются на кладку, поверху штукатурятся тонким слоем паропрозрачной штукатурки. Гибкие минераловатные плиты плотностью 45 — 80 кг/м куб. Они размещаются под обрешеткой фасадной отделки, накрываются пародиффузионной мембранной, дополнительно крепятся дюбелями. Подробней о создании вентилируемого фасада Жесткие плиты гозобетона плотностью 100 — 200 кг/м куб. В последнее время научились делать автоклавный газобетон низкой плотности с коэффициентом теплопроводности 0,05 — 0,06 Вт/моК и достаточной конструкционной прочностью, класса В1,0 (прочность на сжатие от 10 кг/м3, коэффициент паропроницания 0,28 мг/(м*год*Па).
Как сделать утепление Плиты укладываются кладкой на фундамент (стартовую планку) и приклеиваются к несущему слою, штукатурятся паропрозрачной штукатуркой со стекловолоконной сеткой.
Указанные утеплители можно облицевать керамическим кирпичем с оставлением вентиляционного зазора, при этом стена окажется уже трехслойной, так как слой кирпича будет самонесущим, опирается на фундамент. Как создаются трехслойные стены с теплосбережением
Между утеплителем и кирпичной облицовкой оставляется вентиляционный зазор и обеспечивается восходящее движение воздуха по аналогии с вентилируемым фасадом.
При выборе утеплителя для стен из керамических блоков основным фактором остается долговечность материала.
Для жестких минераловатных плит от известных производителей устанавливается срок службы в 35 лет. Но для газобетонных блоков этот показатель больше. Поэтому в последнее время газобетон становится весомой альтернативой минеральной вате.
Главные параметры Дать оценку качеству материала можно исходя из нескольких основополагающих характеристик. Первая из них – коэффициент теплопроводности, который обозначается символом «лямбда» (ι). Этот коэффициент показывает, какой объем теплоты за 1 час проходит через отрезок материала толщиной 1 метр и площадью 1 м² при условии, что разница между температурами среды на обеих поверхностях составляет 10°С.
Показатели коэффициента теплопроводности любых утеплителей зависят от множества факторов – от влажности, паропроницаемости, теплоемкости, пористости и других характеристик материала.
Чувствительность к влаге Влажность – это объем влаги, которая содержится в теплоизоляции. Вода отлично проводит тепло, и насыщенная ею поверхность будет способствовать выхолаживанию помещения. Следовательно, переувлажненный теплоизоляционный материал потеряет свои качества и не даст желаемого эффекта. И наоборот: чем большими водоотталкивающими свойствами он обладает, тем лучше.
Паропроницаемость – параметр, близкий к влажности. В числовом выражении он представляет собой объем водяного пара, проходящий через 1 м2 утеплителя за 1 час при соблюдении условия, что разность потенциального давления пара составляет 1Па, а температура среды одинакова.
При высокой паропроницаемости материал может увлажняться. В связи с этим при утеплении стен и перекрытий дома рекомендуется выполнить монтаж пароизоляционного покрытия.
Водопоглощение – способность изделия при соприкосновении с жидкостью впитывать ее. Коэффициент водопоглощения очень важен для материалов, которые используются для обустройства наружной теплоизоляции. Повышенная влажность воздуха, атмосферные осадки и роса могут привести к ухудшению характеристик материала.
Также не рекомендуется применять водопоглощающую изоляцию при отделке ванных комнат, санузлов, кухонь и других помещений с высоким уровнем влажности.
Плотность и теплоемкость Пористость – выраженное в процентах количество воздушных пор от общего объема изделия. Различают поры закрытые и открытые, крупные и мелкие. Важно, чтобы в структуре материала они были распределены равномерно: это свидетельствует о качестве продукции. Пористость иногда может достигать 50%, в случае с некоторыми видами ячеистых пластмасс этот показатель составляет 90-98%.
Плотность – это одна из характеристик, влияющих на массу материала. Специальная таблица поможет определить оба этих параметра. Зная плотность, можно рассчитать, насколько увеличится нагрузка на стены дома или его перекрытия.
Теплоемкость – показатель, демонстрирующий, какое количество тепла готова аккумулировать теплоизоляция. Биостойкость – способность материала сопротивляться воздействию биологических факторов, например, патогенной флоры. Огнестойкость – противодействие изоляции огню, при этом данный параметр не стоит путать с пожаробезопасностью. Различают и другие характеристики, к которым относятся прочность, выносливость на изгиб, морозостойкость, износоустойчивость.
Коэффициент сопротивления Также при выполнении расчетов нужно знать коэффициент U – сопротивление конструкций теплопередаче. Этот показатель не имеет никакого отношения к качествам самих материалов, но его нужно знать, чтобы сделать правильный выбор среди разнообразных утеплителей. Коэффициент U представляет собой отношение разности температур с двух сторон изоляции к объему проходящего через нее теплового потока. Чтобы найти теплосопротивление стен и перекрытий, нужна таблица, где рассчитана теплопроводность строительных материалов.
Произвести необходимые вычисления можно и самостоятельно. Для этого толщину слоя материала делят на коэффициент его теплопроводности. Последний параметр — если речь идет об изоляции — должен быть указан на упаковке материала. В случае с элементами конструкции дома все немного сложнее: хотя их толщину можно измерить самостоятельно, коэффициент теплопроводности бетона, дерева или кирпича придется искать в специализированных пособиях.
При этом часто для изоляции стен, потолка и пола в одном помещении используются материалы разного типа, поскольку для каждой плоскости коэффициент теплопроводности нужно рассчитывать отдельно.
Заключение Таинство теплотехнического расчета открывает не только возможность в подборе стеновых ограждений: пирог утепленной кровли, полы первого этажа и чердачные перекрытия, всё считается с применением этих формул. Для пола нужно учитывать, что температура в пространстве между землей и полом не опускается ниже +5 градусов, поэтому требуемое сопротивление тепловой защите R
Станет ли дом тёплым и экономичным зависит только от вас, а в следующей статье мы разберём вопросы: конденсата, точки росы, правильного утепления газобетона и почему в качестве утеплителя стен не стоит использовать пенопласт и пенополистирол.
Загрузка...
