Кирпичная кладка утепленная в соответствии с теплотехническим расчетом

Обновлено: 03.05.2024

Утепление каменного дома: базовые принципы строительства и расчёт толщины утеплителя

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.

Энергоэффективное жилище — это дом, в котором все теплопотери через ограждающие конструкции и уровень энергопотребления (по сравнению с обычным домом) сведены к минимуму. Для этого возводится замкнутый тепловой контур и отсекаются все «мостики холода».

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.

Чем тоньше кладочные швы, тем меньше тепла уходит через каменную стену.

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.

Дмитрий Галаюда Консультант раздела «Вентиляция» на FORUMHOUSE, (ник на форуме - Gaser)

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.

Вывод: тёплый каменный дом — это совокупность множества факторов, каждый из которых следует рассматривать в индивидуальном порядке.

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

Однослойная каменная стена или стена + дополнительное утепление

Александр Окунев (ник на форуме - mfcn) Модератор FORUMHOUSE

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.

Александр Окунев

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.

Дмитрий Галаюда

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.

Экономическая эффективность этого утепления должна рассчитываться после правильного расчёта «пирога» конструкций, исходя из климата, цены на материалы и цены на энергоносители.

Алексей Мельников Эксперт по строительству

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.

Дмитрий Галаюда

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.

Т.е. срок службы однородных несущих стен, одновременно являющихся теплоизоляцией, равен сроку службы всей конструкции.

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.

Алексей Мельников

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.

Алексей Мельников

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.

Если «пирог» стены включает в себя несколько слоёв, то для того, чтобы получить общее значение сопротивления теплопередаче стены, нужно суммировать показатели каждого слоя.

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.

Теплотехнический расчет наружной кирпичной стены

Средняя расчетная температура отопительного периода t_ht= -8,4ºС.

Температура холодной пятидневки t_ext= -37ºС.

температура внутреннего воздуха t_int= + 20ºС;

влажность воздуха: = 55 %;

влажностный режим помещения – нормальный.

Условия эксплуатации ограждающих конструкций – Б. Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения а_i_nt = 8,7 Вт/м 2 °С.

Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения a_ext = 23 Вт/м 2 ·°С.

Необходимые данные о конструктивных слоях стены для теплотехнического расчёта сведены в таблицу.

1. Определение градусо-суток отопительного периода по формуле (2) СП 23-101-2004:

2. Нормируемое значение сопротивления теплопередаче наружных стен по формуле (1)СП 23-101-2004:

R_reg= a · D_d+ b =0,00035·6276,40+ 1,4 =3,6м 2 ·°С/Вт.

3. Приведенное сопротивление теплопередаче R₀ r наружных кирпичных стен с эффективным утеплителем жилых зданий рассчитывается по формуле

где R₀ усл – сопротивление теплопередаче кирпичных стен, условно определяемое по формулам (9) и (11) без учета теплопроводных включений,м 2 ·°С/Вт;

R₀ r - приведенное сопротивление теплопередаче с учетом коэффициента теплотехнической однородности r, который для стен равен 0,74.

Расчёт ведётся из условия равенства

R₀ усл = 3,6/0,74 = 4,86м 2 ·°С /Вт

4. Термическое сопротивление наружной кирпичной стены слоистой конструкции может быть представлено как сумма термических сопротивлений отдельных слоев, т.е.

5. Определяем термическое сопротивление утеплителя:

6. Находим толщину утеплителя:

Принимаем толщину утеплителя 100 мм.

Окончательная толщина стены будет равна (510+100) = 610 мм.

Производим проверку с учетом принятой толщины утеплителя:

УсловиеR₀ r = 4,1> = 3,6м 2 ·°С/Вт выполняется.

Проверка выполнения санитарно-гигиенических требований

тепловой защиты здания

1. Проверяем выполнение условия :

2. Проверяем выполнение условия :

] = 20 – [1(20+37) / 4,1·8,7] =

Вывод. Ограждающая конструкция удовлетворяет нормативным требованиям тепловой защиты здания.

4.2 Теплотехнический расчет мансардногопокрытия.

№	Место строительства	Материал утеплителя	Объемная масса утеплителя кг/м³
Омск	МВП

Место строительства – г. Омск

Продолжительность отопительного периода z_ht= 221 суток.

Средняя расчетная температура отопительного периода t_ht= -8,4ºС.

Температура холодной пятидневки t_ext= –37ºС.

Расчет произведен для пятиэтажного жилого дома:

температура внутреннего воздуха t_int= + 20ºС;

влажность воздуха: = 55 %;

влажностный режим помещения – нормальный.

Условия эксплуатации ограждающих конструкций – Б.

Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения а_i_nt = 8,7 Вт/м 2 °С.

Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения a_ext = 12 Вт/м 2 ·°С.

Пароизоляция	0,005	0,17	0.029
МВП	x	0,032	x
Проф. лист	-	-	-	-

1. Определение градусо-суток отопительного периода по формуле (2)СП 23-101-2004:

2. Нормирование значение сопротивления теплопередаче чердачного перекрытия по формуле (1) СП 23-101-2004:

R_reg= a · D_d+ b , где а и b – выбираем по таблице 4 СП 23-101-2004

R_reg= a · D_d+ b = 0,00045 · 6276,4+ 1,9 = 4,72м² · ºС / Вт

3. Теплотехнический расчет ведется из условия равенства общего термического сопротивления R₀ нормируемому R_reg , т.е.

4. Из формулы (8) СП 23-100-2004 определяем термическое сопротивление ограждающей конструкции R_k(м² · ºС / Вт )

5. Термическое сопротивление ограждающей конструкции (чердачного перекрытия) может быть представлена как сумма термических сопротивлений отдельных слоев:

6. Используем формулу (6) СП 23-101-2004, определим толщину утепляющего слоя:

7. Принимаем толщину утепляющего слоя 150мм.

8. Считаем общее термическое сопротивление R₀ :

R₀ = 1 / 8,7 + 0,005 / 0,17+0,15/0,032 + 1 / 12 = 0,115 + 4,69+ 0,083 =4,89м² · ºС / Вт

Проверка выполнения условий

Вывод: чердачное перекрытие удовлетворяет нормативным требованиям.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Теплозащита наружных стен зданий с облицовкой из кирпичной кладки

Современные стеновые ограждающие конструкции в массовом строительстве полностью изменились за последние 15 лет. В последние годы осуществляется строительство монолитных зданий с навесными стенами с облицовкой из кирпичной кладки. В связи с повреждением стен ряда эксплуатируемых зданий подобного типа зимой 2008 года были проведены натурные обследования более 50 объектов. В ходе работы были исследованы теплозащитные свойства этих стен. Результаты этого исследования приводятся в статье.

Основной причиной, вызвавшей появление новых ограждающих конструкций, стало введение повышенных требований к теплозащите с целью снижения затрат на отопление зданий. Несущие конструкции рассматриваемых зданий, в том числе перекрытия, выполняются из монолитного железобетона, а стены монтируются на межэтажные перекрытия. Основные преимущества стен с облицовкой из кирпичной кладки, по сравнению со стенами с навесными теплоизоляционными фасадными системами, заключаются в следующем:

• Привычный для населения вид кирпичных стен, которые прекрасно себя зарекомендовали в течение многих веков.

• Хорошая ликвидность квартир в таких домах.

• Сравнительно невысокая стоимость.

Внедрению рассматриваемых ограждающих конструкций не предшествовала стадия научных исследований, экспериментального стро-ительства, разработка специальных нормативных документов для проектирования, как это было принято в советское время. В результате все построенные здания со стенами с облицовкой из кирпичной кладки фактически являются экспериментальными. Результаты этого незапланированного гигантского эксперимента предстоит изучать и осмысливать еще много лет.

При проектировании ограждающих конструкций их теплофизические свойства, в том числе теплозащита, проверяются расчетом не полностью, а зачастую и вообще не проверяются. Негласно считается, что в массовом строительстве достигнут уровень теплозащиты, нормируемый в [1]. Иногда предлагается провести дальнейшее повышение этого уровня.

Далее рассмотрены теплозащитные свойства указанных стен, поскольку именно эти свойства послужили причиной появления и применения данных конструкций.

Определения (дефиниции) основных характеристик теплозащиты

Прежде чем перейти к основному содержанию статьи, представляется необходимым привести определение основной характеристики теплозащиты ограждающей конструкции – приведенного сопротивления теплопередаче и вспомогательных характеристик. Эта необходимость обусловлена отсутствием последовательной системы определений в нормативных документах и в учебниках.

Приведенным сопротивлением теплопередаче фрагмента ограждающей конструкции называется физическая величина численно равная отношению перепада температур воздуха по разные стороны ограждающей конструкции к осредненной по площади фрагмента плотности потока теплоты через данный фрагмент конструкции при стационарных условиях теплопередачи. Данное определение эквивалентно следующему: приведенным сопротивлением теплопередаче фрагмента ограждающей конструкции называется физическая величина численно равная перепаду температур воздуха по разные стороны ограждающей конструкции, при котором в стационарных условиях теплопередачи осредненная по площади фрагмента плотность потока теплоты через данный фрагмент конструкции, равна 1 Вт/м 2 .

Условным сопротивлением теплопередаче ограждающей конструкции называется приведенное сопротивление теплопередаче ус-ловной многослойной ограждающей конструкции, в которой отсутствуют теплопроводные включения и слои которой расположены перпендикулярно направлению потока теплоты через конструкцию.

Коэффициентом теплотехнической однородности фрагмента ограждающей конструкции называется величина, обратная отношению потока теплоты через рассматриваемый фрагмент конструкции к потоку теплоты через условную ограждающую конструкцию той же площади, что и рассматриваемый фрагмент.

Сформулированные определения можно уточнять и совершенствовать, например, в отношении уточнения площади, по которой осуществляется осреднение потока теплоты. Но в рамках данной статьи эти определения являются достаточными. Формулы для расчета приведенного сопротивления теплопередаче конструкций, используемые в статье, вытекают непосредственно из этих определений. Например, из сопоставления этих определений непосредственно следует, что коэффициент теплотехнической однородности равен отношению приведенного к условному сопротивлению теплопередаче ограждающей конструкции. Важно, что эти определения не опираются на понятие термического сопротивления, это позволяет избежать неопределимого понятия «приведенное термическое сопротивление», использование которого является логической ошибкой и затрудняет проведение расчетов. Кроме того, приведенное сопротивление теплопередаче определяется через поток теплоты и разность температур, а не через просто «сопротивление теплопередаче» и коэффициент теплотехнической однородности ограждающей конструкции, что также вносит путаницу в методику проведения расчетов.

Важной особенностью «приведенного сопротивления теплопередаче» является то, что оно относится к определенному фрагменту ограждающей конструкции. Если этот фрагмент не указан, то понятие, вообще говоря, лишено смысла. Однако обычно из контекста ясно, какой фрагмент имеется в виду. Если же и из контекста не видно, какой фрагмент имеется в виду, то термин «приведенное сопротивление теплопередаче стены» следует относить к совокупности всех стен здания. Именно так приходится понимать использование этого термина в СНиП [1] и в других документах.

Наконец, можно заметить, что понятие просто «сопротивление теплопередаче» ограждающей конструкции является лишним и практически может не использоваться. Оно было введено в учебниках, например, в книге К. Ф. Фокина [2] в то время, когда конструкций с существенными теплопроводными включениями было очень мало и понятие «приведенное сопротивление теплопередаче» отсутствовало. Возможно, что со временем из названия «приведенное сопротивление теплопередаче» исчезнет слово «приведенное», но смысл этого термина сохранится.

В настоящее время приведенное сопротивление теплопередаче фактически является единственной характеристикой теплозащиты ограждающей конструкции. Условное сопротивление теплопередаче характеризует несуществующую конструкцию его можно использовать в методических целях, но как характеристика теплозащиты оно непригодно. Коэффициент теплотехнической однородности, также не являясь показателем теплозащиты, характеризует конструкцию с точки зрения эффективности использования в ней теплоизоляционных материалов. Этот коэффициент зависит от того, какая конструкция принята в качестве условной. В связи с этим для определения теплозащиты ограждающей конструкции следует непосредственно рассчитывать приведенное сопротивление теплопередаче исходя из определения (дефиниции) этой величины, а затем в качестве справочной величины рассчитывать коэффициент теплотехнической однородности конструкции, а не наоборот, как часто делается. Именно такой порядок расчетов использован в настоящей статье.

Расчет характеристик теплозащиты стен с облицовкой из кирпичной кладки

Методика расчета

Методика расчета приведенного сопротивления теплопередаче при помощи расчета двухмерных или трехмерных температурных полей конструкции и ее узлов следует непосредственно из данного выше определения этого понятия. В этой методике нет ничего нового, однако практика показывает, что если ее и применяют, то далеко не всегда правильно.

Согласно данному выше определению, приведенное сопротивление теплопередаче фрагмента ограждающей конструкции, R пр _о, равно:

где R пр _о – приведенное сопротивление теплопередаче фрагмента ограждающей конструкции, м 2 •°С/Вт;

t_в, t_н – температуры внутреннего и наружного воздуха, принятые для расчетов, °С;

Q – мощность потока теплоты по глади конструкции (через условную конструкцию), Вт;

Q_доп,i – дополнительная мощность потока теплоты обусловленная i-ым теплопроводным включением, Вт;

F – площадь фрагмента ограждающей конструкции, м 2 .

Величины Q_доп,i определяются на основе расчета температурных полей узлов конструкций. Формулу (1) целесообразно привести к виду, в котором используются не мощности потока теплоты, а плотности теплового потока q и q_доп.i:

Величины q и q_доп.i являются удобными с точки зрения сравнения вклада различных теплопроводных включений. Они характеризуют теплопотери с 1 м 2 конструкции, обусловленные соответствующим теплопроводным включением. Поэтому они могут называться удельными теплопотерями, соответственно, по глади конструкции и дополнительными. Расчет удельных теплопотерь иллюстрируется примером в следующем разделе. По известным значениям q и q_доп.i вычисляется коэффициент теплотехнической однородности фрагмента конструкции, который в силу вышеприведенного определения этой характеристики и формул (3) равен:

Величины q_доп.i/q являются относительными дополнительными теплопотерями. Они характеризуют доли теплопотерь, обусловленных соответствующими теплопроводными включениями от теплопотерь по глади конструкции. Формулы (2) и (4) являются удобной основой для разработки инженерного метода учета того или иного теплопроводного включения при расчете R_o пр конструкции. Но в рамках данной статьи это направление не развивается.

Расчет дополнительных теплопотерь от теплопроводных включений

На рис. 1 приведены принципиальные конструктивные схемы трех вариантов рассматриваемых стен. Эти конструктивные схемы взяты из проектов построенных зданий. Характеристики слоев и материалов конструкций, принятые в расчетах, приведены в табл. 1.

Схемы конструкций стен с облицовкой из кирпичной кладки: 1 – штукатурка внутренней поверхности, кладка из ячеистобетонных блоков, кладка из лицевого кирпича; 2 – железобетонная стена, эффективный утеплитель, кладка из лицевого кирпича; 3 – штукатурка внутренней поверхности, кладка из ячеистобетонных блоков, эффективный утеплитель, кладка из лицевого кирпича – в качестве эффективного утеплителя используются либо минераловатные плиты, либо пенополистирол

* Для условий эксплуатации Б

У рассматриваемых конструкций стен имеются следующие теплопроводные включения: кладочные растворные швы, арматурные сетки, гибкие связи, стык стены с перекрытием, оконные откосы, балконные плиты, ограждения лоджий. Каждое из этих теплопроводных включений характеризуется своими дополнительными теплопотерями, приводящими к снижению приведенного сопротивления теплопередаче. Конструктивные решения стен, для которых рассчитываются характеристики теплозащиты, отличаются от приведенных на рис. 1. Определение соответствующих значений q_доп,i осуществляется путем расчета двухмерных температурных полей 1 .

В качестве примера определения q_доп ниже подробно рассматривается расчет дополнительных теплопотерь, обусловленных теплопроводными включениями в виде перевязки кладок, арматурной сетки и горизонтальных растворных швов для конструкции (рис. 2), соответствующей схеме 1 по рис. 1. Условное сопротивление теплопередаче данной конструкции равно 3,92 м 2 •°С/Вт.

Конструктивное решение стены, соответствующее схеме 1 на рис. 1

Перевязка кладок, арматурная сетка и горизонтальные растворные швы повторяются через одинаковое расстояние по высоте (с одинаковым периодом) 0,39 м. Поэтому в качестве расчетного выбран участок с такой высотой, содержащий указанные теплотехнические неоднородности. Его размеры составили: 0,67 м в толщину и 0,39 м в высоту. Температурное поле расчетного участка стены приведено на рис. 3. По результатам расчета температурного поля определена мощность теплового потока через 1 погонный метр длины рассматриваемого неоднородного участка стены, которая составила 7,67 Вт/м. Мощность теплового потока через 1 погонный метр длины однородного участка стены (по глади конструкции) той же площади и при тех же температурах воздуха составляет 2 :

Таким образом, один погонный метр рассмотренной совокупности теплопроводных включений вызывает дополнительную мощность тепловых потерь
Q

_доп.i = 7,67 – 4,78 = 2,89 Вт/м. На один квадратный метр кладки по фасаду приходится L = 2,56 погонных метра расчетных участков с рассматриваемыми теплопроводными включениями 3 . Следовательно, дополнительная плотность теплового потока, обусловленная теплопроводными включениями в виде перевязки кладок, арматурной сетки и обычных горизонтальных растворных швов, составляет
q_доп = 2,89 • 2,56 = 7,4 Вт/м 2 .

Аналогичным образом определяются дополнительные плотности теплового потока, обусловленные другими теплопроводными включениями. Результаты этих расчетов для конструкции, соответствующей схеме 1 по рис. 1, представлены в табл. 2.

* Количество погонных метров расчетных участков с рассматриваемыми теплопроводными включениями, L, зависит от проекта здания. Величина q_доп,i непосредственно зависит от L_i. Для значений q_доп,i, приведенных в таблице, принято: L = 0,33 м/м 2 для узла сопряжения стены с перекрытием; L = 0,70 м/м 2 для оконных откосов; L = 0,10 м/м 2 для узла сопряжения стены с балконной плитой; L = 0,02 м/м 2 для узла сопряжения стены с ограждением лоджии. В качестве площади, к которой относится количество погонных метров, при составлении таблицы взята площадь всего несветопрозрачного фасада здания. Для других проектов зданий, даже при тех же конструктивных решениях узлов, соответствующие значения q_доп,i будут отличаться.

Рассчитанные значения приведенных сопротивлений теплопередаче и коэффициентов теплотехнической однородности конструкций

Торцевая стена здания не содержит оконных проемов, балконов и лоджий, поэтому соответствующие значения дополнительных удельных теплопотерь, обусловленных этими теплопроводными включениями, для данного расчета не требуются. Данные табл. 2 позволяют получить значение приведенного сопротивления теплопередаче торцевой стены здания конструкции по рис. 2. Вычисление по формуле (2) дает:

R_о пр = (20 – (–28))/(12,2 + 0,57 + 7,4 + 5,3) = 1,88 (м 2 •°С)/Вт.

Коэффициент теплотехнической однородности для конструкции торцевой стены вычисляется по формуле (3): r = 0,48.

Следует отметить, что согласно современным нормам к теплозащите зданий приведенное сопротивление теплопередаче наружных стен жилых зданий, например для Москвы, должно быть не менее требуемого значения 3,13 м 2 •°С/Вт (в СНиП II-3-79* это сопротивление называлось требуемым по условиям энергосбережения). Допускается снижение указанного требуемого значения до 1,97 м 2 •°С/Вт при условии, что выполняются требования к удельному расходу тепловой энергии на отопление здания. Как видно, полученное значение R пр _о , равное 1,88 м 2 •°С/Вт, меньше минимально допустимого значения для жилых зданий в Москве.

Для всей стены здания значения q_доп,i зависят не только от конструктивного решения узлов, но и от архитектурного проекта здания. Для проекта здания, для которого составлена табл. 2, значение приведенного сопротивления теплопередаче следующее:

R_о пр = (20 – (–28))/(12,2 + 0,57 + 7,4 + 5,3 + 3,5 + 1,6 + 0,25) = 1,56 (м 2 •°С)/Вт.

Коэффициент теплотехнической однородности равен: r = 0,40.

Следовательно, приведенное сопротивление теплопередаче всей стены здания не только меньше требуемого по условиям «энергосбережения», но и меньше минимально допустимого по [1]. То есть дом с такими стенами не соответствует современным требованиям по теплозащите. Обращает на себя внимание исключительно маленькое значение коэффициента теплотехнической однородности.

Приведенное сопротивление теплопередаче стен, соответствующих схемам 2 и 3 по рис. 1, больше, чем соответствующих схеме 1. Так, для торцевой стены, соответствующей схеме 2, было получено R_о усл = 4,46 (м 2 •°С)/Вт, R_о пр = 2,43 (м 2 •°С)/Вт и r = 0,54. Наибольшими теплозащитными свойствами обладает стена конструкции, соответствующей схеме 3. Для торцевой стены этого типа было получено
R_о усл = 5,17 (м 2 •°С)/Вт, R_о пр = 2,45 (м 2 •°С)/Вт и r = 0,47. По результатам расчетов эти конструкции могут удовлетворять требованиям [1], поскольку значения приведенного сопротивления теплопередаче превышают минимально допустимое значение.

Оценка возможности повышения значений приведенных сопротивлений теплопередаче

Возникает естественный вопрос: что можно сделать для повышения сопротивлений теплопередаче рассматриваемых конструкций? О насущной необходимости и практических попытках проектировщиков создавать стены рассматриваемой конструкции с более высокими значениями приведенного сопротивления теплопередаче сообщила Е. Г. Малявина [4]. Плодотворную работу в данном направлении проводит ЦНИИЭП жилища. Однако в целом подобные попытки малорезультативны.

Из формулы (2) следует, что повысить значение R_о пр можно двумя путями: снизить теплопотери по глади конструкции, то есть повысить R_о усл , и снизить дополнительные теплопотери, обусловленные теплопроводными включениями, то есть повысить r. Можно также совместить оба направления.

С точки зрения строительной практики наиболее перспективной представляется конструкция схемы 1 [4], поскольку она не содержит слоев эффективного утеплителя, что способствует повышению качества строительства. Однако именно эта конструкция обладает наиболее низкими значениями R_о пр . Рассмотрим перспективы возможного повышения этого значения.

Снижения теплопотерь по глади данной конструкции можно получить увеличением толщины теплоизоляционного слоя, в данном случае ячеистого бетона и/или понижением теплопроводности материала этого слоя. Оба эти способа практически исчерпаны. Незначительное увеличение толщины кладки из ячеистого бетона не даст заметного эффекта, а существенное увеличение толщины, например до 1 м, представляется недопустимым, поскольку приведет к сокращению полезной площади помещений, снижению естественной освещенности, продолжительности инсоляции и многим другим проблемам. Теплопроводность ячеистого бетона зависит от его плотности, а применять ячеистый бетон с меньшей плотностью, чем 400 кг/м 2 , также нереально, поскольку его прочностные свойства настолько низкие, что получить качественную кладку не представляется возможным. Если все же удастся существенно понизить теплопотери по глади конструкции, то можно очень приближенно оценить предел, до которого повысится R_о пр . Для этого в формуле (2) значение q следует принять равным нулю, для торцевой стены это дает:

R_о,макс пр = (20 – (–28))/(0,57 + 7,4 + 5,3) = 3,6 (м 2 •°С)/Вт.

Получено довольно невысокое значение R_о пр . С другой стороны, если полностью исключить влияние теплопроводных включений, то пределом, до которого может повыситься величина приведенного сопротивления теплопередаче, будет условное сопротивление теплопередаче, равное в данном случае 3,92 (м 2 •°С)/Вт. Также довольно небольшое значение.

Температурное поле конструкции в зоне расположения арматурной сетки и горизонтального растворного шва. Температура внутреннего воздуха равна 20 °С, наружного -28 °С. Голубыми линиями отмечены изотермы, идущие с шагом 4 °С

Предпочтительным путем повышения приведенного сопротивления теплопередаче представляется снижение влияния теплопроводных включений, поскольку конструкция обладает малым значением коэффициента теплотехнической однородности. Некоторого повышения значения r можно достичь исключив перевязи кладок и сократив длину арматурных сеток. Эти мероприятия позволят добиться значения приведенного сопротивления теплопередаче, несколько превышающего минимальное допустимое по [1]. В целом этот путь требует серьезной работы над узлами конструкции с целью поиска оптимальных с теплотехнической точки зрения решений. Однако приведенные оценки показывают, что резервы для повышения теплозащиты данной конструкции довольно малы. Последнее обстоятельство указывает на бесперспективность данной конструкции в случае дальнейшего повышения требований к теплозащите ограждающих конструкций.

Конструкции стен, соответствующие схемам 2 и 3, являются более перспективными с точки зрения повышения их теплозащитных свойств. Это объясняется более высокими значениями их условных сопротивлений теплопередаче и возможностью увеличения толщины эффективного утеплителя, что приводит к заметному повышению как R_о усл , так и R_о пр . Тем не менее, оценка максимально достижимых значений без изменения конструктивных решений теплопроводных включений дала сравнительно невысокие значения R_о,макс пр = 5,3 (м 2 •°С)/Вт для конструкции стены схемы 2 и 4,7 (м 2 •°С)/Вт для конструкции стены схемы 3. Невысокие значения предельных значений R_о пр и низкие значения величины r показывают, что основной путь повышения теплозащитных свойств также заключается в совершенствовании узлов данных ограждающих конструкций.

В целом можно отметить, что при проектировании зданий со стенами с облицовкой из кирпичной кладки добиться соблюдения действующих норм по теплозащите можно с трудом, ориентируясь на минимально допустимое сопротивление теплопередаче, и не всегда это удается. Дальнейшее повышение требуемого сопротивления теплопередаче приведет к тому, что данные конструкции вообще не будут удовлетворять этим требованиям. Этот факт уже сейчас необходимо иметь в виду.

1 Методы расчета двухмерных температурных полей узлов ограждающих конструкций хорошо известны и применяются, по крайней мере, более 50 лет. Поэтому особенности применения таких методов в статье не рассматриваются.

2 При этом плотность теплового потока по глади конструкции равна q = (20 – (–28))/3,92 = 12,2 Вт/м 2 .

3 Данная величина измеряется в м/м 2 .

Литература

1. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий.

2. Фокин К. Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий. – М., Л., 1933.

3. Малявина Е. Г. Строительная теплофизика и проблемы утепления современных зданий. // АВОК, 2009, №1.

Кладка кирпичных стен с теплоизоляцией. Считаем объемы.

Периодически у начинающих сметчиков возникают проблемы с подсчетом работ по кладке стен.

И ситуация может усугубляться незнанием нормативов (СНиП, СП, ГОСТ и т.д.), а также нежеланием читать технические части сборников.

Кладка стен выполняется кирпичами размером 250x120x65 или 250х120х88 мм. Этот размер вырабатывался годами.

Но в сборниках ФЕР толщина стен указана 250, 380 и 510 мм. И у сметчиков возникает вопрос – почему?

Стена толщиной 250 мм называется стеной в 1 кирпич. Это стандартная длина. Но 120мм + 120 мм = 240 мм. Куда девается еще 1 см?

Согласно СНиП, а также в соответствии с п. 1.8.14 техчасти ФЕР08 предусмотрена толщина вертикальных швов между кирпичами 10 мм, а горизонтальных – 12 мм.

Поэтому при кладке кирпичей вдоль стены и получаем стандартные 250 мм.

Аналогично получаем 250+120+10=380 мм, 250+10+250=510 мм и т.д.

С целью повышения теплостойкости здания проектами могут быть предусмотрены воздушные зазоры внутри кладки, либо утепление теплоизоляционными плитами.

Согласно п. 2.8.11. Кладка стен из кирпича с утеплением с внутренней стороны термоизоляционными плитами определяется без учета толщины плит утеплителя.

Это связано с тем, что толщина утеплителя определяется теплотехническим расчетом и может достигать в районах крайнего севера 250 мм.

Поэтому стоимость утеплителя принимается по проекту.

Утеплитель конструктивно может находиться снаружи стены, внутри стены и с ее внутренней стороны.

Но в расценке состав работ не совсем корректно сформулирован:

«Изоляция стен с внутренней стороны теплоизоляционными плитами (вплотную к стене или с воздушной прослойкой) с установкой их на растворе и примораживанием к стене на марках и ленточных маяках».

По разъяснениям расформированного Минрегиона имеется ввиду, что для данной работы не требуется установка лесов, укладка утеплителя производится изнутри здания.

Но бывает, что утеплитель навешивают уже на построенное здание снаружи.

Тогда требуется установка лесов и применение расценок из Подраздел 1.2. Изоляция холодных поверхностей строительных конструкций, холодильников теплоизоляционными изделиями Сборника ФЕР26.

И для справки приведу расход кирпича и бетона для различной толщины стен.

Читайте также: