Расчет толщины стены по теплопроводности из разных материалов

Теплопроводность стен дома. Какой дом теплее?

Расчет теплопроводности стен частного дома

Как и обещал, поговорим о теплопроводности материалов при строительстве дома и какой же все таки выбрать материал для дома и технологию строительства, основываясь на ваши цели в плане его использования. Произведем расчет теплопроводности стен дома. Сравним материалы, посчитаем, какой дом экономичнее всего отапливать. Особенно, это важно для нас, т.к. нам необходимо отапливать дом около 6 месяцев в году, а в некоторых регионах России еще больше. Проще говоря, какой же дом действительно экономит нам наши деньги?
Речь пойдет о теплопроводности стены, почему стены? Да, потому что выбор основного материала для стен определяет тип, этапы, технологию строительства, а так же теплоэффективность дома в итоге.

Выбираем материал стен дома, основываясь на теплопроводность материалов

Из курса физики мы знаем, что любая система стремится к равновесию. Поэтому, если у нас есть перепады температур, тогда сразу же возникает перетекание тепла. Т.е. тепловая энергия перетекает из теплого в холодное. Таким образом, наш дом будет отдавать свое тепло наружу через все, что только возможно, стены, крышу, пол, окна, двери, как видно на фото из-за разницы температур. В итоге дом полностью остынет и приравняется к внешней температуре.

Поэтому чтобы восполнить эту теплопотерю необходимо постоянно в холодное время отапливать дом. То с какой скоростью перетекает тепло из горячей зоны в холодную и есть теплопроводность. Как мы понимаем, разные материалы имеют разную теплопроводность и можно померить это благодаря коэффициенту теплопроводности.

Посчитать это можно по данной формуле расчета коэффициента теплопроводности. То есть, сколько тепла за единицу времени протекает через 1 кв.м. материала при градиенте температур 1 градус на 1 метр (на рисунке это показано с одной стороны куба 20 градусов с другой 19 градусов)

Коэффициент теплопроводности кирпича, коэффициент теплопроводности дерева

Мы видим из подсчетов, что у дерева теплопроводность в 3 раза меньше. Это означает, что при прочих равных условиях (равная толщина материала и температур) протекаемость тепла в кирпиче в 3 раза быстрее, а в дереве в 3 раза медленнее относительно кирпича. Поэтому дерево более энергосберегающий материал. Если мы хотим чтобы у кирпича была такая теплопотеря, как у дерева, значит, толщину кирпича нужно увеличить втрое. Простая арифметика!
Теперь посмотрим, что будет в случае с каркасным домом. В каркасном доме 90% объема стены занимает утеплитель, в нашем случае возьмем самый экологичный материал – каменную вату на базальтовой основе. На фото мы видим, что коэффициент теплопроводности 0,038, а это в 5 раз меньше теплопроводность, чем у дерева, а с кирпичом разница аж в 15 раз.

На одной из выставок, я увидел замечательный стенд, который наши расчеты и подтверждает.
На этом стенде сравниваются: сверху дерево (клееный брус), пеноблок и каркасник.
Все материалы равной толщины. С одной стороны материал нагревается пленочным теплым полом, с другой стороны стоит термометр, который показывает уровень исходящего тепла. Конечно, качество фото оставляет желать лучшего.
Итак… смотрим на стенд с разных сторон

Смотрим на нижние показатели на градуснике, к сожалению практически не видно цифр на градуснике, поэтому я назову их сверху вниз:
Дерево – 28° С
Пеноблок – почти 30° С
Каркасная стена – 25° С

Каркасная стена забирает победную золотую медаль, это не сложно объяснить, т.к. утеплитель имеет меньшую плотность и дает большую воздушность, а значит максимально удерживает тепло.

Расход энергии на отопление, расчет расходов на отопление

Меня так же интересовала, какой будет расход тепловой энергии и сколько нужно будет затрачивать в месяц на отопление дома, с помощью электричества, хотя Россия и богата газом, к сожалению, его еще далеко не везде провели.
Давайте вместе научимся считать, сколько придется платить за электричество своего дома.
Возьмем, к примеру, дом 7*7 с высотой стен в 5 метров.

Формула расчета тепла

Расчет расхода тепла кирпичной стены

Стена у нас будет 20 см. Снаружи температура -10°, а внутри +20°, в итоге, градиент получается 30 градусов. Здесь сделали определенные допущения, что тепло выходит только из стен, нам тут важно понять сам принцип. Из прошлых расчетов, мы помним, что лямбда кирпичной стены=0,56

Итак, 0,56*21000 = 11760 (Вт), если перевести это в киловатты, то в час у нас будет уходить 11,76 кВт*ч. Считаем сколько придется платить за электричество в месяц при кирпичной стене в 20 см. и минус 10° за окном.

11,76кВт * 24часа * 30 дней * 5 (руб.кВт*ч) = 42 336 руб.мес.
Ого, какая сумма! Но слава богу, что только из кирпича никто не строит, его еще нужно утеплить снаружи и изнутри.
К примеру, стены у сталинских домов толщиной в 1 метр. При таком раскладе, нужно будет платить в 5 раз меньше – 8467 руб.мес. И это тоже очень даже не мало.

Расчет расхода тепла деревянной стены

Посмотрим, что творится с деревянной стеной, клееным брусом. Берем те, же исходные данные, толщина стены 20см. и -10° за окном.

Если мы все перемножим, то получается 13680 рублей в месяц на электроэнергию.
Мы, конечно, тут допускаем много недочетов в расчетах, но все это близко к нашим реалиям. Но мы точно выяснили, что кирпич отапливать в 3 раза дороже.

Расчет расхода тепла каркасной стены

Сейчас посмотрим, что происходит с показателями по расходам на отопление в каркасных домах.

Стена состоит на 90% из утеплителя, каменной ваты. Здесь уже расход очень даже радует, в месяц нужно затратить всего 2873 рубля. Меньше 1-го киловатта отдаем мощности. Это уже близко к расходам по квартплате. Прошу вас никогда не использовать в своих жилых домах экструдированные пенополистирол — это ядовитый утеплитель, который активно рекламируют производители открыто обманывая нас. О ядовитых свойствах этого утеплителя, я подробнее написал в предыдущем посте — Дома из СИП панелей .

Конечно, если топить газом, это будет в разы дешевле. Но история последних лет, говорит о том, что скорость увеличения цен на газ намного быстрее, чем у электричества.
Но если у вас есть возможность провести газ, то конечно, лучше отапливать газом и не нести такие существенные расходы на отопление вашего загородного дома.

Теплоемкость кирпича, дерева и каркаса. За сколько времени прогреется кирпичный, деревянный и каркасный дом?

Теплоемкость – сколько нужно потратить тепловой энергии, чтобы нагреть 1 кг вещества на 1 градус.

При нагреве воды и воздуха, уходит различное количество энергии, так они имеет различную теплоемкость.

Возьмем 3-х киловаттный обогреватель и воздух в доме можно прогреть очень быстро, но почему тогда в результате дом все равно остается холодным?

Многие об этом даже не задумываются, хотя исходя из этого параметра теплоемкости и целей использования дома, вам и нужно выбирать материал стен вашего загородного дома.

Об этом показателе поговорим в моем следующем посте. Я расскажу подробно о теплоемкости материалов стен со всеми вытекающими вычислениями, точно как я рассказал вам сегодня.

Сделать расчеты количества материалов стен можно на калькуляторе наружных стен из пеноблока, кирпича, каркаса или бруса. Заходите и читайте! Поставьте лайк, займет всего секунду вашего времени, а мне будет приятно!

Рассчет теплопроводности стен: таблица теплосопротивления материалов

Во многих случаях при выборе материала для строительства дома мы не вникаем, каково теплосопротивление строительных материалов, а полагаемся на «народные» методики. Самые популярные из них: «как у соседа», «как раньше», «смотри, какой толстый слой», и – венец искусства – «вроде, должно быть нормально». Что ж, ваш дом – вам и решать, какому методу отдать предпочтение. Но чтобы точно ответить на вопрос, достаточно ли тепло будет в вашем доме зимой (и достаточно ли прохладно в летний зной), нужно знать теплосопротивление стены. Откуда его можно узнать, как считать теплопроводность стены и как это поможет при ответе на ваш вопрос? Давайте разберемся по порядку.

Итак, немного теории, чтобы определиться с терминами и понять, как рассчитать теплосопротивление стены.

Если внутри тела имеется разность температур, то тепловая энергия переходит от более горячей его части к более холодной. Такой вид теплопередачи, обусловленный тепловыми движениями и столкновениями молекул, называется теплопроводностью.
Итак, теплопроводность – это количественная оценка способности конкретного вещества проводить тепло.
Теплосопротивление – величина обратная теплопроводности. (Хорошо проводит тепло – значит, слабо теплу сопротивляется. Следовательно, обладает высокой теплопроводностью и низким теплосопротивлением).
То есть, при строительстве лучше использовать материалы с низкой теплопроводностью (высоким теплосопротивлением) для лучшего сохранения тепла.

Как рассчитать теплопроводность стены?

Чтобы рассчитать теплосопротивление слоя нужно его толщину в метрах разделить на коэффициент теплосопротивления материалов, из которых он выполнен.
Как рассчитать коэффициент теплопроводности? Эти расчеты делаются в лабораторных условиях. Тем не менее, узнать его несложно: нормальный производитель всегда предоставляет эти данные, указан он и в СНиПе в разделе «Строительная теплотехника», правда, там представлены не все современные материалы. Если вы хотите знать теплосопротивление материалов, таблица с некоторыми из них представлена на данной странице.

Как пользоваться коэффициентом теплопроводности? В СНИПе указано два режима эксплуатации А и Б. Режим А подходит для сухих помещений (влажность меньше 50%) и для районов, удаленных от морских берегов. Для московского региона, например, подходит режим А. Таким образом, теплосопротивление стен по регионам может отличаться.

Теплосопротивление слоя =	толщина слоя (м)
	Коэффициент теплопроводности материала ( )

Теплосопротивление многослойной конструкции считается как сумма теплосопротивлений каждого слоя. (В случае с одним слоем все просто – его теплосопротивление и будет теплосопротивлением всей конструкции.)

Теплосопротивление конструкции = теплососпротивление слоя 1 + теплосоротивление слоя 2 + и т.д.

Единицы измерения теплосопротивления –

Рассмотрим, как рассчитать толщину стены по теплопроводности на конкретных примерах.

Пример 1

Стена толщиной в полтора кирпича, или, если перевести в международную систему измерения, 0,37 метра (37 сантиметров). Как посчитать теплопроводность стены?

Все, кто имел опыт работы с кирпичом, знают, что кирпич может быть разным. И коэффициент теплопроводности кирпичной кладки, соответственно, тоже разный. Кроме того, теплопроводность кирпичной стены на обычном цементно-песчаном растворе будет ниже, чем коэффициент отдельного кирпича. Как посчитать коэффициент теплопроводности стены в таком случае? Для расчетов будет правильно использовать именно значение для кладки.

Вид кирпича	Коэффициент теплопро- водности*,	Кирпичная кладка на цементно-песчаном растворе, плотность 1800 кг/м³*	Теплосопроти- вление стены толщи- ной 0,37 м,
Красный глиняный (плотность 1800 кг/м³)	0,56	0,70	0,53
Силикатный, белый	0,70	0,85	0,44
Керамический пустотелый (плотность 1400 кг/м³)	0,41	0,49	0,76
Керамический пустотелый (плотность 1000 кг/м³)	0,31	0,35	1,06

(*из межгосударственного стандарта ГОСТ 530-2007)

Итак, мы убедились, что не все кирпичи одинаковы. И теплопроводность кирпичной кладки в зависимости от вида кирпича может отличаться в 2 раза. Ваш дом из какого кирпича? А мы рассмотрим самый лучший результат (плотность кирпичной кладки полтора керамических пустотелых кирпича). В данном случае теплосопротивление кирпича 1,06 . Запомним результат и перейдем к следующему примеру.

Пример 2

Допустим, мы хотим построить дачный домик из бруса сечением 15 см. Снаружи и изнутри отделаем вагонкой. Что получим? Коэффициент теплосопротивления дерева поперек волокон (данные из СНиПов) составляет 0,14 . Теперь делаем расчет теплосопротивления стены: толщину материала разделим на коэффициент теплопроводности.

Для бруса (это 0,15 м дерева) теплосопротивление составит (0,15/0,14) 1,07 .

Для вагонки (толщина 20 мм или 0,02 м) – 0,143 . Да, вагонка с двух сторон, значит 0.143 х 2 = 0,286 . Справедливости ради заметим, что на практике теплосопротивлением вагонки чаще всего пренебрегают, так как на стыках она имеет еще меньшую толщину, следовательно, меньшее теплосопротивление материала.

Запомним общее расчетное теплосопротивление стены из 15-исантиметрового бруса, обшитого изнутри и снаружи вагонкой, –
1,356 .

Чтобы не было необходимости делать расчёт теплосопротивления стены для каждого материала, в приведенной здесь таблице мы собрали данные по теплосопротивлению материалов, часто используемых при строительстве домов.

Таблица теплосопротивления материалов

Материал	Толщина материала (мм)	Расчетное теплосо- противлениеа (м² * °С / Вт)
Брус	100	0,71
Брус	150	1,07
Кладка из красного кирпича (плотность 1800 кг/м³)	380 (полтора кирпича)	0,53
Кладка из белого силикатного кирпича	380 (полтора кирпича)	0,44
Кладка из керамического пустотелого кирпича (плотность 1400 кг/м³)	380 (полтора кирпича)	0,76
Кладка из керамического пустотелого кирпича (плотность 1000 кг/м³)	380 (полтора кирпича)	1,06
Кладка из красного кирпича (плотность 1800 кг/м³)	510 (два кирпича)	0,72
Кладка из белого силикатного кирпича	510 (два кирпича)	0,6
Кладка из керамического пустотелого кирпича (плотность 1400 кг/м³)	510 (два кирпича)	1,04
Кладка из керамического пустотелого кирпича (плотность 1000 кг/м³)	510 (два кирпича)	1,46
Кладка на клей из газо- пенобетонных блоков (плотность 400 кг/м³)	200	1,11
Кладка на клей из газо- пенобетонных блоков (плотность 600 кг/м³)	200	0,69
Кладка на клей керамзитобетонных блоков на керамзитовом песке и керамзитобетоне (плотность 800 кг/м³)	200	0,65
Теплоизоляционные материалы
Плиты из каменной ваты ROCKWOOL ФАСАД БАТТС	50	1,25
Ветрозащитные плиты Изоплат	25	0,45
Теплозащитные плиты Изоплат	12	0,27

Снова обратимся к СНиПам: теплосопротивление наружной стены, например, в Московской области должно быть не меньше 3 . Помните цифры, которые мы получили? В Российской Федерации нет районов, для которых эта величина составляла хотя бы 1,5 (не говоря уже о значениях еще ниже). Для сравнения приведем такие данные: в Германии эта норма определена не менее 3,4 , в Финляндии – не менее 5 (это, разумеется, уже не по нашим СНиПам, а по их регламентирующим документам).

Эти требования – для домов постоянного проживания. Если дом (как написано в СНиПах) предназначен для сезонного проживания, либо отапливается менее 5 дней в неделю, эти требования на него не распространяются.
Итак мы можем сделать вывод, что в домах со стенами в 1,5 кирпича, либо из бруса в 15 см проживать постоянно… нежелательно. Но ведь живем же! Да, только цена отопления 1 м³ из года в год становится все выше. Со временем все домовладельцы перейдут к эффективному утеплению домов – экономические соображения заставят заранее рассчитать теплопроводность стены и выбрать наилучшее техническое решение.

Теплотехнический расчет стен из различных материалов

Среди многообразия материалов для строительства несущих стен порой стоит тяжелый выбор. Сравнивая между собой различные варианты, одним из немаловажных критериев на который нужно обратить внимание является “теплота” материала. Способность материала не выпускать тепло наружу повлияет на комфорт в помещениях дома и на затраты на отопление. Второе становится особенно актуальным при отсутствии подведенного к дому газа.

Теплозащитные свойства строительных конструкций характеризует такой параметр, как сопротивление теплопередаче (Ro, м²·°C/Вт).

По существующим нормам (СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003), при строительстве в Самарской области, нормируемое значение сопротивления теплопередачи для наружных стен составляет Ro.норм = 3,19 м²·°C/Вт. Однако, при условии, что проектный удельный расход тепловой энергии на отопление здания ниже нормативного , допускается снижение величины сопротивления теплопередачи, но не менее допустимого значения Ro.тр =0,63·Ro.норм = 2,01 м²·°C/Вт.

В зависимости от используемого материала, для достижения нормативных значений, необходимо выбирать определенную толщину однослойной или конструкцию многослойной стены. Ниже представлены расчеты сопротивления теплопередаче наиболее популярных вариантов конструкций наружных стен.

Расчет необходимой толщины однослойной стены

В таблице ниже определена толщина однослойной наружной стены дома, удовлетворяющая требованиям норм по теплозащите.Требуемая толщина стены определена при значении сопротивления теплопередачи равном базовому (3,19 м²·°C/Вт). Допустимая – минимально допустимая толщина стены, при значении сопротивления теплопередачи равном допустимому (2,01 м²·°C/Вт).

№ п/п	Материал стены	Теплопроводность, Вт/м·°C	Толщина стены, мм
			Требуемая	Допустимая
1	Газобетонный блок	0,14	444	270
2	Керамзитобетонный блок	0,55	1745	1062
3	Керамический блок	0,16	508	309
4	Керамический блок (тёплый)	0,12	381	232
5	Кирпич (силикатный)	0,70	2221	1352

Вывод: из наиболее популярных строительных материалов, однородная конструкция стены возможна только из газобетонных и керамических блоков. Стена толщиной более метра, из керамзитобетона или кирпча, не представляется реальной.

Расчет сопротивления теплопередачи стены

Ниже представлены значения сопротивления теплопередаче наиболее популярных вариантов конструкций наружных стен из газобетона, керамзитобетона, керамических блоков, кирпича, с отделкой штукатуркой и облицовочным кирпичом, утеплением и без. По цветной полосе можно сравнить между собой эти варианты. Полоса зеленого цвета означает, что стена соответствует нормативным требованиям по теплозащите, желтого – стена соответствует допустимым требованиям, красного – стена не соответствует требованиям

Расчет толщины для наружных стен жилого дома

Часть 1. Сопротивление теплопередаче – первичный критерий определения толщины стены

Чтобы определится с толщиной стены, которая необходима для соответствия нормам энергоэффективности, рассчитывают сопротивление теплопередаче проектируемой конструкции, согласно раздела 9 «Методика проектирования тепловой защиты зданий» СП 23-101-2004.

Сопротивление теплопередаче – это свойство материала, которое показывает, насколько способен удерживать тепло данный материал. Это удельная величина, которая показывает насколько медленно теряется тепло в ваттах при прохождении теплового потока через единичный объем при перепаде температур на стенках в 1°С. Чем выше значение данного коэффициента – тем «теплее» материал.

Все стены (несветопрозрачные ограждающие конструкции) считаются на термоспротивление по формуле:

R=δ/λ (м 2 ·°С/Вт), где:

δ – толщина материала, м;

λ – удельная теплопроводность, Вт/(м ·°С) (можно взять из паспортных данных материала либо из таблиц).

Полученную величину R_общ сравнивают с табличным значением в СП 23-101-2004.

Чтобы ориентироваться на нормативный документ необходимо выполнить расчет количества тепла, необходимого для обогрева здания. Он выполняется по СП 23-101-2004, получаемая величина «градусо·сутки». Правила рекомендуют следующие соотношения.

Таблица 1. Уровни теплозащиты рекомендуемых ограждающих конструкций наружных стен

Сопротивление теплопередаче (м 2 ·°С/Вт) / область применения (°С·сут)

Двухслойные с наружной теплоизоляцией

Трехслойные с изоляцией в середине

С невентили- руемой атмосферной прослойкой

С вентилируемой атмосферной прослойкой

Керамзитобетон (гибкие связи, шпонки)

Блоки из ячеистого бетона с кирпичной облицовкой

Примечание. В числителе (перед чертой) – ориентировочные значения приведенного сопротивления теплопередаче наружной стены, в знаменателе (за чертой) – предельные значения градусо-суток отопительного периода, при которых может быть применена данная конструкция стены.

Полученные результаты необходимо сверить с нормами п. 5. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».

Также следует учитывать климатические условия зоны, где возводится здание: для разных регионов разные требования из-за разных температурных и влажностных режимов. Т.е. толщина стены из газоблока не должна быть одинаковой для приморского района, средней полосы России и крайнего севера. В первом случае необходимо будет скорректировать теплопроводность с учетом влажности (в большую сторону: повышенная влажность снижает термосопротивление), во втором – можно оставить «как есть», в третьем – обязательно учитывать, что теплопроводность материала вырастет из-за большего перепада температур.

Часть 2. Коэффициент теплопроводности материалов стен

Коэффициент теплопроводности материалов стен – эта величина, которая показывает удельную теплопроводность материала стены, т.е. сколько теряется тепла при прохождении теплового потока через условный единичный объем с разницей температур на его противоположных поверхностях в 1°С. Чем ниже значение коэффициента теплопроводности стен – тем здание получится теплее, чем выше значение – тем больше придется заложить мощности в систему отопления.

По сути, это величина обратная термическому сопротивлению, рассмотренному в части 1 настоящей статьи. Но это касается только удельных величин для идеальных условий. На реальный коэффициент теплопроводности для конкретного материала влияет ряд условий: перепад температур на стенках материала, внутренняя неоднородная структура, уровень влажности (который увеличивает уровень плотности материала, и, соответственно, повышает его теплопроводность) и многие другие факторы. Как правило, табличную теплопроводность необходимо уменьшать минимум на 24% для получения оптимальной конструкции для умеренных климатических зон.

Часть 3. Минимально допустимое значение сопротивления стен для различных климатических зон.

Минимально допустимое термосопротивление рассчитывается для анализа теплотехнических свойств проектируемой стены для различных климатических зон. Это нормируемая (базовая) величина, которая показывает, каким должно быть термосопротивление стены в зависимости от региона. Сначала вы выбираете материал для конструкции, просчитываете термосопротивление своей стены (часть 1), а потом сравниваете с табличными данными, содержащимися в СНиП 23-02-2003. В случае, если полученное значение окажется меньше установленного правилами, то необходимо либо увеличить толщину стены, либо утеплить стену теплоизоляционным слоем (например, минеральной ватой).

Согласно п. 9.1.2 СП 23-101-2004, минимально допустимое сопротивление теплопередаче R_о (м 2 ·°С/Вт) ограждающей конструкции рассчитывается как

R₁=1/α_вн, где α_вн – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м 2 × °С), принимаемый по таблице 7 СНиП 23-02-2003;

R₂ = 1/α_внеш, где α_внеш – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для условий холодного периода, Вт/(м 2 × °С), принимаемый по таблице 8 СП 23-101-2004;

R₃ – общее термосопротивление, расчет которого описан в части 1 настоящей статьи.

При наличии в ограждающей конструкции прослойки, вентилируемой наружным воздухом, слои конструкции, расположенные между воздушной прослойкой и наружной поверхностью, в этом расчете не учитываются. А на поверхности конструкции, обращенной в сторону вентилируемой воздухом снаружи прослойки, следует принимать коэффициент теплоотдачи α_внеш равным 10,8 Вт/(м 2 ·°С).

Таблица 2. Нормируемые значения термосопротивления для стен по СНиП 23-02-2003.

Жилые здания для различных регионов РФ

Градусо-сутки отопительного периода, D, °С·сут

Нормируемые значения сопротивления теплопередаче , R, м 2 ·°С/Вт, ограждающих конструкций для стен

Астраханская обл., Ставропольский край, Краснодарский край

Белгородская обл., Волгоградская обл.

Алтай, Красноярский край, Москва, Санкт Петербург, Владимирская обл.

Утепление каменного дома: базовые принципы строительства и расчёт толщины утеплителя

Выбираете энергоэффективные решения?

Обратите внимание на геотермальные тепловые насосы FORUMHOUSE

Геотермальный тепловой насос EU (старт/стоп)

Геотермальный тепловой насос IQ (псевдоинвертор)

Геотермальный тепловой насос IQ (инвертор)

Темы, посвящённые строительству энергоэффективного дома, пользуются неизменной популярностью среди пользователей нашего портала. Но часто под энергоэффективным понимают хорошо утеплённый каркасный дом, обходя вниманием дома каменные. Это происходит из-за того, что начинающие застройщики делают ставку на выбор лучшего стенового материала для строительства каменного дома, в то время как вопрос энергосбережения требует комплексного подхода. В нашем сегодняшнем материале мы восполним этот пробел и расскажем, как правильно утеплять каменное строение и какой должна быть толщина утеплителя для стен.

Из этой статьи вы узнаете:

• Каковы базовые принципы строительства тёплого каменного дома.
• Почему надо устранять мостики холода в каменном доме.
• В чём заключаются плюсы однослойной каменной стены.
• В каких случаях целесообразно возводить многослойную утеплённую каменную стену.
• Как рассчитать оптимальную толщину утеплителя для каменной стены.

Энергоэффективность: базовые принципы

Когда речь заходит о строительстве каменного дома, чаще всего задаются такие вопросы: будет ли тепло в доме из газобетона с толщиной стен в 40 см или, если возвести дом из тёплой керамики, надо ли его будет дополнительно утеплять. Посмотрим, насоколько оправдан ли такой подход.

Важно понять, что понятие тёплый дом — весьма субъективно. Кто-то хочет, чтобы зимой в доме было по-настоящему жарко, кто-то, если температура в помещении упадёт ниже +18°С, просто наденет свитер, предпочитая «Африке» в комнате прохладный воздух. Т.е. у каждого человека своё понятие о тёплом, а значит — комфортном доме. Но есть базовое определение, которое поможет нам наметить ориентир при строительстве тёплого каменного дома.

Мостиками холода в каменном доме являются нетеплоизолированные от внешней среды конструкции. Это, в первую очередь, фундамент, надоконные перемычки, армопояса, торцы плит перекрытий и т.д.

При строительстве каменного дома из мелкоштучных материалов – кирпича, газо- и пенобетона, тёплой керамики, также особое внимание надо уделить кладочным швам. Т.к. в пересчёте на общую площадь стены совокупность толщин всех кладочных швов становится мощным «мостиком холода», приводящим к теплопотерям. Эти теплопотери возрастают ещё больше, если кладка (швы) продувается. Что сводит на нет все преимущества т.н. «тёплых» стеновых материалов – газобетона и крупноформатных поризованных керамических блоков. Чтобы защитить кладку от продувания, её нужно оштукатурить.

Один из способов уменьшить теплопотери через кладочные швы — современный метод кладки газобетона на монтажную пену.

Возводя каменный дом, не следует слепо наращивать толщину стен, полагая, что кладка шириной в полметра будет тёплой.
Надо учесть:

• климатические особенности в регионе проживания,
• длительность отопительного периода,
• доступность того или иного вида топлива,
• рост цен на энергоносители, причём — в долгосрочной перспективе, т.к. поддерживать комфортную температуру можно даже в плохо утеплённом доме, с большими теплопотерями через ограждающие конструкции.

Вопрос лишь в том, сколько придётся заплатить за работу отопительной системы, вырабатывающей тепло в таком доме.

Кроме стен, перекрытий, окон и дверей за «энергоэффективность» в доме отвечают ещё и системы вентиляции и кондиционирования, через которые также теряется тепло. На величину теплопотерь влияет форма и архитектура дома (наличие выступов, эркеров и т.д.), общая площадь строения, площадь остекления, месторасположение здания на участке относительно севера и юга.

Если утеплить выше норм стены, но сделать недостаточное утепление покрытия, «холодные окна» и смонтировать «энергоНЕэффективную» естественную систему вентиляции, значит — потратить деньги впустую. Дом — это система, где все должно быть рассчитано и сбалансировано.

Рассмотрев общие принципы энергоэффективности, ответим на вопросы, связанные с необходимостью дополнительного утепления стен каменного дома.

Однослойная каменная стена или стена + дополнительное утепление

Это, как раз, один из вопросов, который не имеет однозначного решения. Если рассматривать однослойную конструкцию стен, то в малоэтажном строительстве для её возведения часто применяются варианты из ячеистых бетонов (в том числе газобетона), полистиролбетона и арболита. Кирпич и тяжёлый бетон нуждаются в теплозоляции.

Чтобы выбрать тот или иной стеновой каменный материал с прицелом на «энергоэффективность», нужно знать его свойства. Для того чтобы материал типа керамики или бетона обладал хорошими теплозащитными свойствами, его нужно сделать «воздушным», пористым. С этой целью в материал добавляются пористые наполнители и, соответственно, уменьшается количество «камня» в материале. Снижается плотность материала, а значит — и его прочность, и несущая способность.

В результате: либо выбирается материал с достаточными механическими свойствами, позволяющий решить и конструкционную, и теплоизоляционную задачу, как газобетон или тёплая керамика. Или же — задачи разделяют между собой. Т.е. за прочность конструкции отвечает тяжёлый стеновой каменный материал, а теплозащитные функции обеспечиваются за счёт дополнительного утепления.

Поэтому нельзя заранее сказать, что, построив дом из газобетона плотностью D400 толщиной в один блок, мы получим необходимую нам стену, отвечающую как теплоизоляционным, так и прочностным характеристикам. Окончательное решение принимается на основании проектирования и теплотехнического расчёта конструктива дома, в привязке к конкретному региону проживания. Также при строительстве каменного дома следует учесть такие нюансы.

Каменный — тяжёлый дом — обладает высокой теплоёмкостью. Если речь идёт о доме из обычного кирпича и прочего «холодного» камня и бетона, то экономически обоснованным, эффективным и правильным решением станет его наружное утепление.

То есть, внутри у нас находится теплоёмкий несущий «скелет» здания, который утепляется и отделывается снаружи.

На мой взгляд, делать однородные стены для жителей северных широт РФ просто невыгодно экономически. Для жителей южных и средних широт проще и/или дешевле возвести более толстую однородную наружную стеновую ограждающую конструкцию, чем заниматься дополнительным утеплением.

Для конструкции можно подобрать один из таких современных конструкционно-теплоизоляционных поризованных стеновых материалов, как газобетон или тёплая керамика. Однородные стены считаются более долговечными, чем многослойные конструкции, у которых в случае нарушения технологии строительства и неправильного использования утеплителей нарушается паропрозрачность слоёв. Это может привести к избыточному влагонакоплению внутри стены, появлению на её внутренней поверхности грибков и плесени и снижению срока службы всей конструкции.

Есть правило, что паропроницание слоёв конструкций для отапливаемых помещений должно увеличиваться изнутри наружу. Это означает, что нельзя утеплять снаружи паропроницаемый материал (газобетон) материалом, который пар практически не пропускает.

Если речь идёт о стенах из условных «конструкционно-теплоизоляционных» материалов типа керамзито- и газобетона, тёплой керамики и прочих «тёплых» материалов, то и для достижения «бо́льшей» теплоёмкости, и для экономически обоснованного теплового сопротивления конструкции надо возводить однородные стенки. Также однородность стены делает строительство проще и экономичнее. Т.к. отпадает необходимость привлекать для монтажа системы «мокрого фасада» хорошо подготовленных и высокооплачиваемых специалистов. И не нужно думать — придётся ли со временем производить замену утеплителя, делать капремонт и т.д.

Повторим — решение, утеплять ли дополнительно каменные стены или не утеплять, принимается не «на глазок» и не по принципу «так делают все», а на основании расчёта именно вашего дома.

Рассмотрим слоистые кладки стеновых ограждений современных жилых многоэтажек. Они чаще всего возводятся в виде монолитных железобетонных каркасов, с наружным декоративно-защитным слоем из кирпичной кладки. Здесь не обойтись без утеплителя, поскольку они опираются на край дисков междуэтажных перекрытий, в которых не устроена теплоизоляция, и которые являются мощными мостиками холода.

Т.е. для восполнения повышенных тепловых потерь, по действующему теплотехническому СНиПу (СП), нужно увеличивать сопротивление теплопередачи стен. Но делать это без использования утеплителей — невыгодно, т.к. придётся возводить более толстую стену, а значит — возрастёт нагрузка на перекрытия и уменьшится внутренняя полезная площадь в доме в привязке стен разной толщины к одному периметру фундамента.

Т.е. делать, к примеру, однородные метровые стены из кирпича, которые будут соответствовать современным теплотехническим нормативам, естественно, никто не будет. Использование внешнего утеплителя позволяет ограничить толщину стен только требованиями по их несущей способности. Несущие стены выступают в роли массивных аккумуляторов тепла. Более того, поскольку они изолированы слоем утеплителя от внешних негативных знакопеременных воздействий (температурных перепадов), это увеличит потенциальный срок службы строения.

Важно отметить, что расчётный слой утеплителя (полистиролового пенопласта, обладающего относительно низкой паропроницаемостью, относительно стеновых блоков из газобетона) желательно брать здесь с запасом. Это позволит вывести в него (утеплитель) точку росы и тем самым избежать возможного риска увлажнения конструкции.

Среди наиболее распространённых видах утеплителей, которые используются для теплоизоляции каменного дома снаружи, можно перечислить следующие. Это — минеральная вата (в зависимости от плотности, может использоваться как элемент штукатурного или вентилируемого фасада), пенополистирол (предназначенный для утепления фасадов), т.н. «мокрый фасад» и т.п. Реже, в силу высокой цены, используются пеностекольные плиты (следует помнить, что это — паронепрозрачный материал). Также существуют и варианты утепления каменного дома по типу трёхслойная «колодезная кладка» с засыпкой керамзитом.

Пример упрощённого теплотехнического расчёта

Через стены из дома тепло уходит наружу. Наша задача создать «барьер», который будет препятствовать переносу тепла из помещения с более высокой температурой (из комнаты) во внешнюю среду с более низкой температурой (на улицу). Т.е. мы должны увеличить теплосопротивление ограждающей конструкции. Этот коэффициент (R) зависит от региона и измеряется в (м²*°С)/Вт. Что означает, сколько Вт тепловой энергии проходит через 1 кв.м. стены при разности температур на поверхностях в 1°С.

Идём дальше. Каждый материал имеет свой коэффициент теплопроводности (λ) (способность материала к переносу энергии от тёплой части от более холодной) и измеряется в Вт/(м*°С). Чем меньше этот коэффициент, тем меньше теплопередача и выше термическое сопротивление стены.

Важное условие: коэффициент теплопроводности увеличивается, если материал переувлажнён. Наглядный пример – мокрый минераловатный утеплитель, который в этом случае теряет свои теплоизолирующие свойства.

Наша задача — узнать, соответствует ли стена из условного каменного материала базовым значениям требуемого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций. Проведем необходимые вычисления. Для упрощённого примера возьмём Москву и Московскую область. Требуемое нормируемое значение теплосопротивления стен – 3.0 (м²*°С)/Вт.

Примечание: для перекрытий и покрытий нормируемое тепловое сопротивление имеет другие значения.

Стены условного дома толщиной в 38 см возведены из полнотелого керамического кирпича. Коэффициент теплопроводности материала λ (берём усреднённое значение в сухом состоянии) – 0.56 Вт/(м*°С). Кладка велась на цементно-песчаном растворе. Для упрощения расчёта, теплопотери через кладочные швы — «мостики холода» — не учитываем, т.е. кирпичная стена — условно однородная.

Теперь рассчитываем величину теплосопротивления этой стены. Для этого не нужен калькулятор, просто подставляем значения в формулу:

d — толщина материала;

λ — коэффициент теплопроводности материала.

Rф=0.38/0.56 = 0.68 (м²*°С)/Вт (округлённое значение).

Отталкиваясь от этого значения, определяем разницу между нормативным и фактическим сопротивлением теплопередачи (Rт):

Rт = Rн – Rф = 3.0 – 0.68 = 2.32 (м²*°С)/Вт

Т.е. стена не «дотягивает» до необходимого нормируемого значения.

Теперь делаем расчет толщины утеплителя стены, которая компенсирует эту разницу. В качестве утеплителя возьмём пенополистирол (пенопласт), предназначенный для утепления фасада с последующим оштукатуриванием, т.н. «мокрый фасад».

Коэффициент теплопроводности материала в сухом состоянии – 0.039 Вт/(м*°С) (берём усреднённое значение). Ставим его в следующую формулу:

d — толщина утеплителя;

Rт — сопротивление теплопередаче;

λ — коэффициент теплопроводности утеплителя.

d = Rт * λ = 2.32 * 0.039 = 0.09 м

Переводим в см и получаем – 9 см.

Вывод: чтобы утеплить стену и довести значение до нормируемого теплосопротивления, необходим слой утеплителя (в данном упрощённом примере пенополистирола) толщиной в 90 мм.

В теме FORUMHOUSE пользователи нашего портала могут узнать, как рассчитать оптимальную толщину утеплителя. Также предлагаем вам выбрать материал для стен каменного дома и получить экспертный совет наших консультантов по строительству каменного дома.

Наше видео рассказывает о личном опыте строительства дома из тёплой керамики. Также посмотрите видеосюжет о том, как выбрать качественный арболитовый блок.

Калькулятор теплопотерь стен дома. Расчет толщины стен для различных регионов.

Калькулятор расчета теплопроводности стен жилых домов разработан в строгом соответствии с СНиП П-03-79. Функционал позволяет рассчитать степень теплопроводности любой стены и сравнить его с требуемой СНИПом величиной. От Вас требуется указать предполагаемый регион строительства и выбрать материал и толщину стен.

Рассмотрим участвующие в вычислениях величины.

Статистические сведения для каждого региона определены в СНиП:

• Темп. наружного воздуха — типичная минимальная температура наружного воздуха в зимний период.
• Ср. темп. отопит. периода – среднесуточная температура наружного воздуха по отопительному периоду.
• Продолжительность отопит. периода – среднестатистическая продолжительность отопительного периода в днях.
• Условия эксплуатации в зонах влажности – зона влажности географического региона (A или B).

Используемые для расчетов константы из ГОСТ и СНиП, характеризующие внутренние жилые помещения (одинаковы для всех регионов):

Для расчетов также используются установленные характеристики для внутренних помещений.

Характеристики внутреннего помещения, используемые в вычислениях

• Темп. внутреннего воздуха – положенная СНиПом минимальная температура внутреннего воздуха для жилых помещений.
• Влажность внутреннего воздуха – предполагаемая влажность внутреннего воздуха помещения. При разной влажности материалы стен обладают различной теплопроводностью.
• Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности – как быстро материал передает тепло вовнутрь помещения.
• Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности – как быстро материал передает тепло во внешнюю среду.
• Коэффициент теплотехнической однородности – коэффициент, позволяющий оценить теплотехническую однородность стенового материала.
• Коэффициент полож. наружной поверхности
• Нормируемый температурный перепад

Вышеуказанный СНиП также утверждает методики расчета теплопроводности стен, будь то стена из одного материала, или стеновой пирог из нескольких компонентов. Полученный по формулам коэффициент теплопроводности должен удовлетворять требованиям из этого же СНИП, т.е. быть выше двух коэффициентов, рассчитанным по разным формулам.

Приведем ряд рекомендаций, опубликованных специалистами НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ИНСТИТУТА СТРОИТЕЛЬНОЙ ФИЗИКИ (НИИСФ) ГОССТРОЯ СССР.

Рекомендации разработчиков СНиП-II-3-79 по устройству стенового пирога

Рекомендации касаются проектирования ограждающих конструкций зданий и сооружений.

Преимущество при проектировании стеновых конструкций следует отдавать многослойным наружным стенам с использованием эффективного теплоизоляционного материала Однослойные наружные стены показывают некоторую эффективность при использовании легкого бетона плотностью не выше 1000 кг/м3, ячеистого бетона плотностью менее 800 кг/м3. Также хорошо показывает себя кладка из пустотелых керамических или силикатных камней и кирпичей. Пирог многослойных стен необходимо проектировать таким образом, чтобы с теплой стороны (изнутри) располагался материал с большим коэффициентом теплопроводности, что обеспечивает более высокую температуру угла;

Если утеплитель располагается внутри, скажем, кирпичной кладки, его рациональнее располагать ближе к внешней поверхности стены. При проектировании помещений для районов с расчетной скоростью ветра в июле не менее 2 м/с допускается использовать покрытия с вентилируемой воздушной прослойкой. Оптимальная толщина вентилируемой воздушной прослойки в наружных стенах находится в пределах 0,05-0,1 а оптимальная высота – 5-6 м.

Рациональнее организовать в ограждающей конструкции несколько воздушных прослоек малой толщины, чем одну большей толщины, при этом воздушные прослойки должны располагаться ближе к наружной стороне ограждения;

Поскольку переувлажненные материалы стеновых конструкций хуже справляются со своей задачей, слои материалов следует располагать изнутри наружу в порядке увеличения паропроницаемости.

Наружные и внутренние стены следует предохранять от грунтовой влаги путем устройства гидроизоляции. Основная обязательная во всех случаях горизонтальная гидроизоляция в нижней части наружной стены или по всему верху цоколя должна быть расположена выше тротуара или отмостки здания, но ниже отметки пола первого этажа. Дополнительную горизонтальную гидроизоляцию следует предусматривать в стенах зданий с подвалами и цокольными этажами ниже уровня их пола.

Расчет толщины тепловой изоляции трубопроводов

Технологические трубопроводы предприятий и систем жизнеобеспечения населенных пунктов транспортируют различные среды с разными параметрами. Эти параметры, в частности, температура, должны сохраняться независимо от воздействия условий окружающей среды, а для этого необходима теплоизоляция. Ее толщину определяет расчет, который базируется на требованиях нормативных документов.

Теплоизоляция трубопровода должна сохранять температуру в трубе независимо от воздействия на нее условий окружающей среды.

Характеристики прокладки сетей и нормативной методики вычислений

Выполнение вычислений по определению толщины теплоизоляционного слоя цилиндрических поверхностей — процесс достаточно трудоемкий и сложный. Если вы не готовы доверить его специалистам, следует запастись вниманием и терпением для получения верного результата. Самый распространенный способ расчета теплоизоляции труб — это вычисление по нормируемым показателям тепловых потерь. Дело в том, что СНиПом установлены величины потерь тепла трубопроводами разных диаметров и при различных способах их прокладки:

Схема утепления трубы.

• открытым способом на улице;
• открыто в помещении или тоннеле;
• бесканальным способом;
• в непроходных каналах.

Суть расчета заключается в подборе теплоизоляционного материала и его толщины таким образом, чтобы величина тепловых потерь не превышала значений, прописанных в СНиПе. Методика вычислений также регламентируется нормативными документами, а именно — соответствующим Сводом Правил. Последний предлагает несколько более упрощенную методику, нежели большинство существующих технических справочников. Упрощения заключены в таких моментах:

1. Потери теплоты при нагреве стенок трубы транспортируемой в ней средой ничтожно малы по сравнению с потерями, которые теряются в слое наружного утеплителя. По этой причине их допускается не учитывать.
2. Подавляющее большинство всех технологических и сетевых трубопроводов изготовлено из стали, ее сопротивление теплопередаче чрезвычайно низкое. В особенности если сравнивать с тем же показателем утеплителя. Поэтому сопротивление теплопередаче металлической стенки трубы рекомендуется во внимание не принимать.

Методика просчета однослойной теплоизоляционной конструкции

Основная формула расчета тепловой изоляции трубопроводов показывает зависимость между величиной потока тепла от действующей трубы, покрытой слоем утеплителя, и его толщиной. Формула применяется в том случае, если диаметр трубы меньше чем 2 м:

Формула расчета теплоизоляции труб.

• λ — коэффициент теплопроводности утеплителя, Вт/(м ⁰C);
• K — безразмерный коэффициент дополнительных потерь теплоты через крепежные элементы или опоры, некоторые значения K можно взять из Таблицы 1;
• t_т — температура в градусах транспортируемой среды или теплоносителя;
• t_о — температура наружного воздуха, ⁰C;
• q_L — величина теплового потока, Вт/м 2 ;
• R_н — сопротивление теплопередаче на наружной поверхности изоляции, (м 2 ⁰C) /Вт.

Условия прокладки трубы	Значение коэффициента К
Стальные трубопроводы открыто по улице, по каналам, тоннелям, открыто в помещениях на скользящих опорах при диаметре условного прохода до 150 мм.	1.2
Стальные трубопроводы открыто по улице, по каналам, тоннелям, открыто в помещениях на скользящих опорах при диаметре условного прохода 150 мм и более.	1.15
Стальные трубопроводы открыто по улице, по каналам, тоннелям, открыто в помещениях на подвесных опорах.	1.05
Неметаллические трубопроводы, проложенные на подвесных или скользящих опорах.	1.7
Бесканальный способ прокладки.	1.15

Значение теплопроводности утеплителя λ является справочным, в зависимости от выбранного теплоизоляционного материала. Температуру транспортируемой среды t_т рекомендуется принимать как среднюю в течение года, а наружного воздуха t_о как среднегодовую. Если изолируемый трубопровод проходит в помещении, то температура внешней среды задается техническим заданием на проектирование, а при его отсутствии принимается равной +20°С. Показатель сопротивления теплообмену на поверхности теплоизоляционной конструкции R_н для условий прокладки по улице можно брать из Таблицы 2.

Rн,(м 2 ⁰C) /Вт	DN32	DN40	DN50	DN100	DN125	DN150	DN200	DN250	DN300	DN350	DN400	DN500	DN600	DN700
tт = 100 ⁰C	0.12	0.10	0.09	0.07	0.05	0.05	0.04	0.03	0.03	0.03	0.02	0.02	0.017	0.015
tт = 300 ⁰C	0.09	0.07	0.06	0.05	0.04	0.04	0.03	0.03	0.02	0.02	0.02	0.02	0.015	0.013
tт = 500 ⁰C	0.07	0.05	0.04	0.04	0.03	0.03	0.03	0.02	0.02	0.02	0.02	0.016	0.014	0.012

Примечание: величину R_н при промежуточных значениях температуры теплоносителя вычисляют методом интерполяции. Если же показатель температуры ниже 100 ⁰C, величину R_н принимают как для 100 ⁰C.

Показатель В следует рассчитывать отдельно:

Таблица тепловых потерь при разной толщине труби и теплоизоляции.

• d_из — наружный диаметр теплоизоляционной конструкции, м;
• d_тр — наружный диаметр защищаемой трубы, м;
• δ — толщина теплоизоляционной конструкции, м.

Вычисление толщины изоляции трубопроводов начинают с определения показателя ln B, подставив в формулу значения наружных диаметров трубы и теплоизоляционной конструкции, а также толщины слоя, после чего по таблице натуральных логарифмов находят параметр ln B. Его подставляют в основную формулу вместе с показателем нормируемого теплового потока q_L и производят расчет. То есть толщина теплоизоляции трубопровода должна быть такой, чтобы правая и левая часть уравнения стали тождественны. Это значение толщины и следует принимать для дальнейшей разработки.

Рассмотренный метод вычислений относился к трубопроводам, диаметр которых менее 2 м. Для труб большего диаметра расчет изоляции несколько проще и производится как для плоской поверхности и по другой формуле:

• δ — толщина теплоизоляционной конструкции, м;
• q_F — величина нормируемого теплового потока, Вт/м 2 ;
• остальные параметры — как в расчетной формуле для цилиндрической поверхности.

Методика просчета многослойной теплоизоляционной конструкции

Таблица изоляции медных и стальных труб.

Некоторые перемещаемые среды имеют достаточно высокую температуру, которая передается наружной поверхности металлической трубы практически неизменной. При выборе материала для тепловой изоляции такого объекта сталкиваются с такой проблемой: не каждый материал способен выдержать высокую температуру, например, 500-600⁰C. Изделия, способные контактировать с такой горячей поверхностью, в свою очередь, не обладают достаточно высокими теплоизоляционными свойствами, и толщина конструкции получится неприемлемо большой. Решение — применить два слоя из различных материалов, каждый из которых выполняет свою функцию: первый слой ограждает горячую поверхность от второго, а тот защищает трубопровод от воздействия низкой температуры наружного воздуха. Главное условие такой термической защиты состоит в том, чтобы температура на границе слоев t_1,2 была приемлемой для материала наружного изоляционного покрытия.

Для расчета толщины изоляции первого слоя используется формула, уже приводимая выше:

Второй слой рассчитывают по этой же формуле, подставляя вместо значения температуры поверхности трубопровода t_т температуру на границе двух теплоизоляционных слоев t_1,2. Для вычисления толщины первого слоя утеплителя цилиндрических поверхностей труб диаметром менее 2 м применяется формула такого же вида, как и для однослойной конструкции:

Подставив вместо температуры окружающей среды величину нагрева границы двух слоев t_1,2 и нормируемое значение плотности потока тепла q_L, находят величину ln B₁. После определения числового значения параметра B₁ через таблицу натуральных логарифмов рассчитывают толщину утеплителя первого слоя по формуле:

Данные для расчета теплоизоляции.

Расчет толщины второго слоя выполняют с помощью того же уравнения, только теперь температура границы двух слоев t_1,2 выступает вместо температуры теплоносителя t_т:

Вычисления делаются аналогичным образом, и толщина второго теплоизоляционного слоя считается по той же формуле:

Такие непростые расчеты вести вручную очень затруднительно, при этом теряется много времени, ведь на протяжении всей трассы трубопровода его диаметры могут меняться несколько раз. Поэтому, чтобы сэкономить трудозатраты и время на вычисление толщины изоляции технологических и сетевых трубопроводов, рекомендуется пользоваться персональным компьютером и специализированным программным обеспечением. Если же таковое отсутствует, алгоритм расчета можно внести в программу Microsoft Exel, при этом быстро и успешно получать результаты.

Метод определения по заданной величине снижения температуры теплоносителя

Материалы для теплоизоляции труб по СНиП.

Задача такого рода часто ставится в том случае, если до конечного пункта назначения транспортируемая среда должна дойти по трубопроводам с определенной температурой. Поэтому определение толщины изоляции требуется произвести на заданную величину снижения температуры. Например, из пункта А теплоноситель выходит по трубе с температурой 150⁰C, а в пункт Б он должен быть доставлен с температурой не менее 100⁰C, перепад не должен превысить 50⁰C. Для такого расчета в формулы вводится длина l трубопровода в метрах.

Вначале следует найти полное сопротивление теплопередаче R_п всей теплоизоляции объекта. Параметр высчитывается двумя разными способами в зависимости от соблюдения следующего условия:

Если значение (t_т.нач — t_о) / (t_т.кон — t_о) больше или равно числу 2, то величину R_п рассчитывают по формуле:

В приведенных формулах:

• K — безразмерный коэффициент дополнительных потерь теплоты через крепежные элементы или опоры (Таблица 1);
• t_т.нач — начальная температура в градусах транспортируемой среды или теплоносителя;
• t_о — температура окружающей среды, ⁰C;
• t_т.кон — конечная температура в градусах транспортируемой среды;
• R_п — полное тепловое сопротивление изоляции, (м 2 ⁰C) /Вт
• l — протяженность трассы трубопровода, м;
• G — расход транспортируемой среды, кг/ч;
• С — удельная теплоемкость этой среды, кДж/(кг ⁰C).

Теплоизоляция стальной трубы из базальтового волокна.

В противном случае выражение (t_т.нач — t_о) / (t_т.кон — t_о) меньше числа 2, величина R_п высчитывается таким образом:

Обозначения параметров такие же, как и в предыдущей формуле. Найденное значение термического сопротивления R_п подставляют в уравнение:

• λ — коэффициент теплопроводности утеплителя, Вт/(м ⁰C);
• R_н — сопротивление теплопередаче на наружной поверхности изоляции, (м 2 ⁰C) /Вт.

После чего находят числовое значение В и делают расчет изоляции по знакомой формуле:

В данной методике просчета изоляции трубопроводов температуру окружающей среды t_о следует принимать по средней температуре самой холодной пятидневки. Параметры К и R_н — по приведенным выше таблицам 1,2. Более развернутые таблицы для этих величин имеются в нормативной документации (СНиП 41-03-2003, Свод Правил 41-103-2000).

Метод определения по заданной температуре поверхности утепляющего слоя

Данное требование актуально на промышленных предприятиях, где различные трубопроводы проходят внутри помещений и цехов, в которых работают люди. В этом случае температура любой нагретой поверхности нормируется в соответствии с правилами охраны труда во избежание ожогов. Расчет толщины теплоизоляционной конструкции для труб диаметром свыше 2 м выполняется в соответствии с формулой:

Формула определения толщины теплоизоляции.

• ɑ — коэффициент теплоотдачи, принимается по справочным таблицам, Вт/(м 2 ⁰C);
• t_п — нормируемая температура поверхности теплоизоляционного слоя, ⁰C;
• остальные параметры — как в предыдущих формулах.

Расчет толщины утеплителя цилиндрической поверхности производится с помощью уравнения:

Обозначения всех параметров как в предыдущих формулах. По алгоритму данный просчет схож с вычислением толщины утеплителя по заданному тепловому потоку. Поэтому дальше он выполняется точно так же, конечное значение толщины теплоизоляционного слоя δ находят так:

Предложенная методика имеет некоторую погрешность, хотя вполне допустима для предварительного определения параметров утепляющего слоя. Более точный расчет выполняется методом последовательных приближений с помощью персонального компьютера и специализированного программного обеспечения.

Соответствие параметров и материала утеплителя требованиям СНиП

Схема изоляции трубы скорлупой ППУ.

Расчет изоляции для технологических или сетевых трубопроводов по методу нормируемой плотности теплового потока предполагает, что его значение q_L известно. В таблицах и приложениях к СНиП 41-03-2003 приведены эти значения, как и величины коэффициента К дополнительных потерь. Следует правильно пользоваться этими таблицами, так как они составлены для объектов, находящихся в европейском регионе Российской Федерации. Для определения нормируемого теплового потока трубопроводов, строящихся в других регионах, его значение необходимо умножать на специально введенный для этого коэффициент. В приложении СНиП указаны величины этих коэффициентов для каждого региона с учетом способа прокладки трубопровода.

При выборе изоляции трубопроводов различного назначения нужно обращать внимание на материал, из которого она изготовлена. Нормативная документация регламентирует применение горючих материалов разных групп горючести. Например, теплоизоляционные изделия группы горючести Г3 и Г4 не допускается применять на объектах:

1. В наружном технологическом оборудовании, исключая те установки, которые стоят отдельно.
2. При совместной прокладке с другими трубопроводами, которые перемещают горючие газы или жидкости.
3. При общей прокладке в одном тоннеле или эстакаде с электрическими кабелями.
4. Запрещено применять такие утеплители на трубопроводах внутри зданий. Исключение — здания IV степени огнестойкости.

Прежде чем приступать к выполнению такого серьезного и непростого расчета, следует убедиться, что выбранный теплоизоляционный материал для труб соответствует всем требованиям нормативной документации применительно к данному объекту.

В противном случае вычисления придется производить несколько раз.