Особенности расчета толщины утеплителя для стен и крыши

Чтобы создать зимой комфорт в доме, необходимо поддерживать в помещениях оптимальную температуру. Это нетрудно, если хозяин заранее побеспокоился об утеплении.

Однако просто уложить теплоизолирующий материал недостаточно. Для эффективной теплоизоляции необходимо, чтобы слой утеплителя был определенной толщины.

На первый взгляд сложностей здесь нет. Достаточно уложить побольше теплоизоляции — и тепло в доме обеспечено. Однако любой утеплитель имеет определенный вес, к которому добавляется вес удерживающей его конструкции. И весь этот вес закрепляется на стене, создавая дополнительную нагрузку.

На первый план в этом случае выступают потери тепла при проветривании или через вентиляцию, а их с помощью теплоизоляции устранить нельзя. Зато затраты на укладку лишнего утеплительного материала могут быть значительными. С другой стороны сокращать толщину теплоизоляции ниже определенного предела тоже невыгодно — растут потери тепла и затраты на отопление.

В магазине стройматериалов можно попросить продавца рассчитать необходимую толщину и общее количество утеплителя. Это делается с помощью специальных компьютерных программ. Но надо учитывать, что сотрудники магазина заинтересованы в продаже максимального количества стройматериалов, поэтому могут существенно завышать цифры. Как же найти золотую середину?

На что ориентироваться при расчете теплоизоляции?

Вопросом теплоизоляции зданий занимается прикладная наука теплотехника. В соответствии с ее рекомендациями был создан Свод правил СП 50.13330.2012, входящий в СНиП 23-02-2003 и регламентирующий тепловую защиту зданий.

В СНиП 23-01-99 (Строительная климатология) приводятся исходные климатологические данные для местностей и регионов Российской Федерации.

Эти документы служат ориентирами для расчетов необходимой толщины и общего количества теплоизоляционных материалов. Проделав такие расчеты, владелец дома получает необходимую информацию для закупки и начала работ.

Расчет толщины утеплителя для стен

Тепловая защита зданий согласно Своду правил должна соответствовать таким требованиям:

1. Тепловое сопротивление ограждающих конструкций не должно быть ниже указанных в документе значений.
2. Удельная теплозащитная характеристика дома не должна превышать указанной нормы.
3. Температура внутренней поверхности ограждающих конструкций не должна падать ниже минимально допустимого значения.

Из этих трех параметров самыми важными являются тепловое сопротивление и минимальное значение внутренней температуры. Они будут служить ключевыми величинами в расчетах.

Тепловым сопротивлением R_TP называют величину, обратную теплопроводности. Ее размерность м²·°C/Вт. Внутренняя температура поверхностей стен для жилых помещений нормируется в интервале 20–22°C.

Исходной величиной для расчетов служат градусо-сутки отопительного периода (сокращенно ГСОП). Размерность этого параметра °C·сут/год. Рассчитывают ГСОП по такой формуле:

ГСОП=(t_B–t_OT)·z_OT ,

где t_B — внутренняя температура (+22°C), t_OT — средняя температура воздуха на улице за отопительный сезон, z_ot — количество суток отопительного периода в году, когда среднесуточная температура не выше +8°C.

Примером послужит Москва. Для столицы РФ продолжительность отопительного периода 214 суток/год, а средняя наружная температура для этого периода t_OT= –3,1°C (см. таблицу 1, Строительная климатология). Подставляем значения в формулу и получаем:

ГСОП = [(22 — (–3,1)] · 214 = 5371,4 градусо-суток.

Ищем величину сопротивления теплопередаче, соответствующую этому числу градусо-суток (см. таблица 3, Свода правил). Получилось число, отличающееся от круглых табличных значений, а в таблице только круглые значения. Для остальных случаев предусмотрена формула с коэффициентами a и b:

R_TP = a · ГСОП + b

Подставляем в нее значения и получаем:

R_TP = 0,00035 · 5371,4 + 1,4 = 3,27999 м²·°C/Вт.

Однако полученная величина — это суммарное тепловое сопротивление стены и утеплителя:

R_TP = R_CT + R_y.

Тепловое сопротивление стройматериалов в указанном выше Своде правил рекомендуется считать с учетом условий эксплуатации. Согласно карте влажности климата (Строительная климатология) Москва находится в зоне нормальной влажности. Таблица 2 Свода правил рекомендует учитывать теплопроводность материалов для этих условий в помещениях с нормальной влажностью (большинство комнат) под литерой Б.

Допустим, что утеплять нужно стены из полнотелого глиняного кирпича на растворе из цемента и песка толщиной 0,51 м (два кирпича). Коэффициент теплопроводности такой кладки составляет 0,81 Вт/м·°C. Тепловое сопротивление материалов определяется соотношением:

R = P/k,

где P — толщина материала, м, k — коэффициент теплопроводности, Вт/м·°C. Подставив значения, получаем:

R_CT = 0,51 / 0,81 = 0,6296 м²·°C/Вт.

Тепловое сопротивление теплоизоляции равно разнице общего сопротивления и сопротивления стены:

R_y = R_TP — R_CT = 3,27999 — 0,6296 = 2,65039 м²·°C/Вт.

Осталось определить толщину самого утеплителя. Будем использовать для теплоизоляции плиты из каменной ваты плотностью 50 кг/м³. Коэффициент ее теплопроводности при указанных условиях составляет 0,045 Вт/м·°C. Чтобы получить толщину минеральной ваты, умножим ее тепловое сопротивление на коэффициент теплопроводности:

P_y = R_y · k = 2,65039 · 0,045 = 0,11927 м или примерно 12 см.

Такой расчет подходит для утепления стен под штукатурку.

Через воздушную прослойку этого фасада постоянно снизу вверх проходит воздух. При этом он не только уносит пар из слоя каменной ваты, но и приводит к потере некоторого количества тепловой энергии.

Для вентилируемых фасадов больших размеров на многоэтажных зданиях теплотехники вывели формулы для расчета этих теплопотерь. Они позволяют рассчитать толщину дополнительного слоя утеплителя, чтобы компенсировать эти потери. Однако механизм расчета очень сложен и требует учета многих величин: скорости потока воздуха в прослойке, ее высоты, неоднородностей потока и т. п.

Делать такие сложные расчеты для одноэтажного загородного дома смысла не имеет. Опытные специалисты советуют при монтаже вентилируемого фасада увеличить рассчитанную толщину теплоизоляции примерно на 30%. В нашем примере получится:

P = P_y · 1,3 = 0,11927 · 1,3 = 0,1550 м или примерно 15 см.

Т. е. чтобы утеплить дом в Москве с кладкой из полнотелого кирпича на растворе из цемента и песка с толщиной наружных стен 0,51 см, понадобится уложить три слоя плит базальтовой ваты толщиной по 50 мм, а затем смонтировать вентилируемый фасад.

Расчет толщины утеплителя для крыши

Расчет толщины теплоизоляции при укладке под кровлю также имеет свои особенности. Под скатную или двускатную кровлю утеплитель монтируют по тому же принципу, что и на стену с вентилируемым фасадом.

Воздух проникает под кровлю снизу и, проходя через воздушную прослойку над утеплителем, выходит через щели под коньком. При этом также возникает дополнительная потеря тепла, которую нужно учесть при расчете толщины теплоизоляции.

Рассчитывать толщину утеплителя для кровли значительно проще, чем для стен. Ведь сама кровля практически не имеет теплового сопротивления, а под утеплителем на скатной или двускатной кровле никакого сплошного толстого конструкционного материала нет. Это значит, что нужно учитывать только тепловое сопротивление утеплителя.

При расчете будем исходить из того же значения ГСОП = 5371,4 градусо-суток и будем использовать ту же формулу сопротивления теплопередаче RTP = a · ГСОП + b. Однако значения сопротивления возьмем в графе 5 для чердачных перекрытий. Коэффициенты a и b там другие: a = 0,00045; b = 1,9. Подставив эти значения в формулу, получаем:

R_У = 0,00045 · 5371,4 + 1,9 = 4,3171 м²·°C/Вт.

Толщину утеплителя считаем так же, как и для стен:

P_У = R_У · k = 4,3171 · 0,045 = 0,19427 м или примерно 20 см.

Иначе говоря, для утепления скатной или двускатной крыши дома в Москве понадобится четыре слоя плит базальтовой ваты толщиной по 50 мм.

Расчет толщины утеплительных материалов при укладке на стены можно сделать самостоятельно, учитывая данные действующих строительных норм и правил. Расчет толщины теплоизоляции для крыши практически не отличается от расчета для стен, но в этом случае надо использовать значения теплового сопротивления из другой колонки таблицы.

Как рассчитать толщину утеплителя для стен с помощью таблицы теплопроводности материалов посмотрите на видео: