Потери тепла за отопительный сезон. Простой расчет теплопотерь зданий

Перед тем, как начать строить дом, нужно купить проект дома – так говорят архитекторы. Надо купить услуги профессионалов – так говорят строители. Необходимо купить качественные строительные материалы – так говорят продавцы и производители стройматериалов и утеплителей.

И вы знаете, в чем-то они все немножечко правы. Однако никто кроме вас не будет настолько заинтересован в вашем жилье, чтобы учесть все моменты и свести воедино все вопросы по его строительству.

Один из самых важных вопросов, которые стоит решить на этапе , это теплопотери дома. От расчета теплопотерь будут зависеть и проект дома, и его строительство и то, какие стройматериалы и утеплители вы будете закупать.

Не бывает домов с нулевыми теплопотерями. Для этого дом должен был бы плыть в вакууме со стенами в 100 метров высокоэффективного утеплителя. Мы живем не в вакууме, и вкладываться в 100 метров утеплителя не хотим. А значит, у нашего дома будут теплопотери. Пусть будут, лишь бы они были разумными.

Теплопотери через стены

Теплопотери через стены – об этом думают сразу все хозяева. Считают теплосопротивление ограждающих конструкций, утепляются до достижения нормативного показателя R и на этом заканчивают свою работу по утеплению дома. Конечно, теплопотери через стены дома надо считать – стены обладают максимальной площадью из всех ограждающих конструкций дома. Но они – не единственный путь для тепла наружу.

Утепление дома — единственный способ снизить теплопотери через стены.

Для того, чтобы ограничить теплопотери через стены, достаточно утеплить дом 150 мм для европейской части России или 200-250 мм того же утеплителя для Сибири и северных регионов. И на этом можно оставить в покое этот показатель и перейти к другим, не менее важным.

Теплопотери пола

Холодный пол в доме – это беда. Теплопотери пола, относительно такого же показателя для стен, важнее примерно в 1,5 раза. И именно во столько же толщина утеплителя в полу должна быть больше толщины утеплителя в стенах.

Теплопотери пола становятся значимыми, когда под полом первого этажа у вас холодный цоколь или просто уличный воздух, например, при винтовых сваях.

Утепляете стены — утепляйте и пол.

Если в стены вы закладываете 200 мм базальтовой ваты или пенопласта, то в пол вам придется заложить 300 миллиметров настолько же эффективного утеплителя. Только в этом случае можно будет ходить по полу первого этажа босиком в любую, даже самую лютую, .

Если же у вас под полом первого этажа отапливаемый подвал или хорошо утепленный цоколь с отлично утепленной широкой отмосткой, то утеплением пола первого этажа можно пренебречь.

Мало того, в такой подвал или цоколь стоит нагнетать нагретый воздух с первого этажа, а лучше со второго. А вот стены подвала, его плита должны быть утеплены максимально, чтобы не «обогревать» грунт. Конечно, постоянная температура грунта +4С, но это на глубине. А зимой вокруг стен подвала все те же -30С, как и на поверхности грунта.

Теплопотери через потолок

Все тепло идет вверх. И там оно стремится выйти наружу, то есть покинуть помещение. Теплопотери через потолок в вашем доме – это одна из наибольших величин, которая характеризует уход тепла на улицу.

Толщина утеплителя на потолке должна быть в 2 раза больше толщины утеплителя в стенах. Монтируете 200 мм в стены – монтируйте 400 мм на потолок. В этом случае вам будет гарантировано максимальное теплосопротивление вашего теплового контура.

Что у нас получается? Стены 200 мм, пол 300 мм, потолок 400 мм. Считайте, что вы сэкономите , которым будете отапливать свой дом.

Теплопотери окон

Что совершенно невозможно утеплить, так это окна. Теплопотери окон – самая большая величина, которой описывается количество тепла, покидающего ваш дом. Какими бы вы не сделали свои стеклопакеты – двухкамерными, трехкамерными или пятикамерными, теплопотери окон все равно будут гигантскими.

Как сократить теплопотери через окна? Во-первых, стоит сократить площадь остекления во всем доме. Конечно, при большом остеклении дом выглядит шикарно, и его фасад напоминает вам о Франции или Калифорнии. Но тут уже что-то одно – или витражи в половину стены или хорошее теплосопротивление вашего дома.

Хотите снизить теплопотери окон — не планируйте большую их площадь.

Во-вторых, следует хорошо утеплять оконные откосы – места прилегания переплетов к стенам.

И, в-третьих, стоит использовать для дополнительного сбережения тепла новинки строительной отрасли. Например, автоматические ночные теплосберегающие ставни. Или пленки, отражающие тепловое излучение обратно в дом, но свободно пропускающие видимый спектр.

Куда уходит тепло из дома?

Стены утеплены, потолок и пол тоже, ставни поставлены на пятикамерные стеклопакеты, вовсю раскочегарен . А в доме все равно прохладно. Куда же продолжает уходить тепло из дома?

Настало время искать щели, щелки и щелочки, куда уходит тепло из дома.

Во-первых, система вентиляции. Холодный воздух приходит по приточной вентиляции в дом, теплый воздух покидает дом по вытяжной вентиляции. Чтобы уменьшить теплопотери через вентиляцию, можно установить рекуператор – теплообменник, забирающий тепло у выходящего теплого воздуха и нагревающий входящий холодный воздух.

Один из способов снизить теплопотери дома через систему вентиляции — установить рекуператор.

Во-вторых, входные двери. Чтобы исключить теплопотери через двери, следует смонтировать холодный тамбур, который будет буфером между входными дверями и уличным воздухом. Тамбур должен быть относительно герметичным и необогреваемым.

В-третьих, стоит хотя бы раз посмотреть в морозы на свой дом в тепловизор. Выезд специалистов стоит не такие большие деньги. Зато вы будете иметь на руках «карту фасадов и перекрытий», и будете четко знать, какие еще меры предпринять для того, чтобы снизить теплопотери дома в холодный период.

Чтобы ваш дом не оказался бездонной ямой для расходов на отопление, предлагаем изучить базовые направления теплотехнических изысканий и методологию расчётов.

Без предварительного расчёта тепловой проницаемости и влагонакопления теряется вся суть жилищного строительства.

Физика теплотехнических процессов

Различные области физики имеют много схожего в описании явлений, которые ими изучаются. Так и в теплотехнике: принципы, описывающие термодинамические системы, наглядно перекликаются с основами электромагнетизма, гидродинамики и классической механики. В конце концов, речь идёт об описании одного и того же мира, поэтому не удивительно, что модели физических процессов характеризуются некоторыми общими чертами во многих областях исследований.

Однако это не единственный путь обмена энергией, передача возможна также посредством квантов теплового излучения. При этом базовый принцип обязательно сохраняется: квант, излученный менее нагретым атомом, не в состоянии передать энергию более горячей элементарной частице. Он попросту отражается от неё и либо пропадает бесследно, либо передаёт свою энергию другому атому с меньшей энергией.

Термодинамика хороша тем, что происходящие в ней процессы абсолютно наглядны и могут интерпретироваться под видом различных моделей. Главное - соблюдать базовые постулаты, такие как закон передачи энергии и термодинамического равновесия. Так что если ваше представление соответствует этим правилам, вы легко поймёте методику теплотехнических расчётов от и до.

Понятие сопротивления теплопередаче

Способность того или иного материала передавать тепло называется теплопроводностью. В общем случае она всегда выше, чем больше плотность вещества и чем лучше его структура приспособлена для передачи кинетических колебаний.

Величиной, обратно пропорциональной тепловой проводимости, является термическое сопротивление. У каждого материала это свойство принимает уникальные значения в зависимости от структуры, формы, а также ряда прочих факторов. Например, эффективность передачи тепла в толще материалов и в зоне их контакта с другими средами могут отличаться, особенно если между материалами есть хотя бы минимальная прослойка вещества в другом агрегатном состоянии. Количественно термическое сопротивление выражается как разница температур, разделённая на мощность теплового потока:

Rt = (T2 – T1) / P

где:

Rt - термическое сопротивление участка, К/Вт;
T2 - температура начала участка, К;
T1 - температура конца участка, К;
P - тепловой поток, Вт.

В контексте расчёта теплопотерь термическое сопротивление играет определяющую роль. Любая ограждающая конструкция может быть представлена как плоскопараллельная преграда на пути теплового потока. Её общее термическое сопротивление складывается из сопротивлений каждого слоя, при этом все перегородки складываются в пространственную конструкцию, являющуюся, собственно, зданием.

Rt = l / (λ·S)

где:

Rt - термическое сопротивление участка цепи, К/Вт;
l - длина участка тепловой цепи, м;
λ - коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м·К);
S - площадь поперечного сечения участка, м2.

Факторы, влияющие на теплопотери

Тепловые процессы хорошо коррелируют с электротехническими: в роли напряжения выступает разница температур, тепловой поток можно рассматривать как силу тока, ну а для сопротивления даже своего термина придумывать не нужно. Также в полной степени справедливо и понятие наименьшего сопротивления, фигурирующего в теплотехнике как мостики холода.

Если рассматривать произвольный материал в разрезе, достаточно легко установить путь теплового потока как на микро-, так и на макроуровне. В качестве первой модели примем бетонную стену, в которой по технологической необходимости выполнены сквозные крепления стальными стержнями произвольного сечения. Сталь проводит тепло несколько лучше бетона, поэтому мы можем выделить три основных тепловых потока:

через толщу бетона
через стальные стержни
от стальных стержней к бетону

Модель последнего теплового потока наиболее занимательна. Поскольку стальной стержень прогревается быстрее, то ближе к наружной части стены будет наблюдаться разница температур двух материалов. Таким образом, сталь не только «перекачивает» тепло наружу сама по себе, она также увеличивает тепловую проводимость прилегающих к ней масс бетона.

Таким образом, основным проводником тепла служит твёрдый, плотный материал, но за счёт сложной структуры путь, по которому распространяется теплота, оказывается больше поперечного сечения. Таким образом, второй фактор, определяющий термическое сопротивление, это неоднородность каждого слоя и ограждающей конструкции в целом.

Третьим фактором, влияющим на теплопроводность, мы можем назвать накопление влаги в порах. Вода имеет термическое сопротивление в 20–25 раз ниже, чем у воздуха, таким образом, если она наполняет поры, в целом теплопроводность материала становится даже выше, чем если бы пор вообще не было. При замерзании воды ситуация становится ещё хуже: теплопроводность может возрасти до 80 раз. Источником влаги, как правило, служит комнатный воздух и атмосферные осадки. Соответственно, три основных метода борьбы с таким явлением - это наружная гидроизоляция стен, использование парозащиты и расчёт влагонакопления, который обязательно производится параллельно прогнозированию теплопотерь.

Дифференцированные схемы расчёта

Простейший способ установить размер тепловых потерь здания - суммировать значения теплового потока через конструкции, которыми это здание образовано. Такая методика полностью учитывает разницу в структуре различных материалов, а также специфику теплового потока сквозь них и в узлах примыкания одной плоскости к другой. Такой дихотомический подход сильно упрощает задачу, ведь разные ограждающие конструкции могут существенно отличаться в устройстве систем теплозащиты. Соответственно, при раздельном исследовании определить сумму теплопотерь проще, ведь для этого предусмотрены различные способы вычислений:

Для стен утечки теплоты количественно равны общей площади, умноженной на отношение разницы температур к тепловому сопротивлению. При этом обязательно берётся во внимание ориентация стен по сторонам света для учёта их нагрева в дневное время, а также продуваемость строительных конструкций.
Для перекрытий методика та же, но при этом учитывается наличие чердачного помещения и режим его эксплуатации. Также за комнатную температуру принимается значение на 3–5 °С выше, расчётная влажность тоже увеличена на 5–10%.
Теплопотери через пол рассчитывают зонально, описывая пояса по периметру здания. Связано это с тем, что температура грунта под полом выше у центра здания по сравнению с фундаментной частью.
Тепловой поток через остекление определяется паспортными данными окон, также нужно учитывать тип примыкания окон к стенам и глубину откосов.

Q = S · (ΔT / Rt)

где:

Q -тепловые потери, Вт;
S - площадь стен, м2;
ΔT - разница температур внутри и снаружи помещения, ° С;
Rt - сопротивление теплопередаче, м2·°С/Вт.

Пример расчёта

Прежде чем перейти к демонстрационному примеру, ответим на последний вопрос: как правильно рассчитать интегральное термическое сопротивление сложных многослойных конструкций? Это, конечно, можно сделать вручную, благо, что в современном строительстве используется не так много типов несущих оснований и систем утепления. Однако учесть при этом наличие декоративной отделки, интерьерной и фасадной штукатурки, а также влияние всех переходных процессов и прочих факторов достаточно сложно, лучше воспользоваться автоматизированными вычислениями. Один из лучших сетевых ресурсов для таких задач - smartcalc.ru, который дополнительно составляет диаграмму смещения точки росы в зависимости от климатических условий.

В доме выполнен неутеплённый пол по грунту досками на лагах с воздушным зазором, высота пола на 0,15 м превышает отметку планирования грунта на участке. Материал стен - шлаковый монолит толщиной 42 см с внутренней цементно-известковой штукатуркой толщиной до 30 мм и наружной шлаково-цементной штукатуркой типа «шуба» толщиной до 50 мм. Общая площадь остекления - 9,5 м2, в качестве окон использован двухкамерный стеклопакет в теплосберегающем профиле с усреднённым термическим сопротивлением 0,32 м2·°С/Вт.

Перекрытие выполнено на деревянных балках: снизу оштукатурено по дранке, заполнено доменным шлаком и сверху укрыто глиняной стяжкой, над перекрытием - чердак холодного типа. Задача расчёта теплопотерь - формирование системы теплозащиты стен.

Пол

Для каждой из зон принимается собственное значение приведённого сопротивления теплопередаче. В нашем случае имеется три зоны площадью по 74, 26 и 1 м2. Пусть вас не смущает общая сумма площадей зон, которая больше площади здания на 16 м2, причина тому - двойной пересчёт пересекающихся полос первой зоны в углах, где теплопотери значительно выше по сравнению с участками вдоль стен. Применяя значения сопротивления теплопередаче в 2,1, 4,3 и 8,6 м2·°С/Вт для зон с первой по третью, мы определяем тепловой поток через каждую зону: 1,23, 0,21 и 0,05 кВт соответственно.

Стены

Используя данные о местности, а также материалы и толщину слоёв, которыми образованы стены, на упомянутом выше сервисе smartcalc.ru нужно заполнить соответствующие поля. По результатам расчёта сопротивление теплопередаче оказывается равным 1,13 м2·°С/Вт, а тепловой поток через стену - 18,48 Вт на каждом квадратном метре. При общей площади стен (за вычетом остекления) в 105,2 м2 общие теплопотери через стены составляют 1,95 кВт/ч. При этом потери тепла через окна составят 1,05 кВт.

Перекрытие и кровля

Расчёт теплопотерь через чердачное перекрытие также можно выполнить в онлайн-калькуляторе, выбрав нужный тип ограждающих конструкций. В результате сопротивление перекрытия теплопередаче составляет 0,66 м2·°С/Вт, а потери тепла - 31,6 Вт с квадратного метра, то есть 2,7 кВт со всей площади ограждающей конструкции.

В действительности, из-за некачественной установки окон, отсутствия защиты на примыкании кровли к мауэрлату и плохой гидроизоляции стен от фундамента реальные теплопотери могут быть в 2 или даже 3 раза больше расчётных. Тем не менее, даже базовые теплотехнические исследования помогают определиться, будут ли конструкции строящегося дома соответствовать санитарным нормам хотя бы в первом приближении.

Напоследок дадим одну важную рекомендацию: если вы действительно хотите получить полное представление о тепловой физике конкретного здания, необходимо использовать понимание описанных в этом обзоре принципов и специальную литературу. Например, очень хорошим подспорьем в этом деле может стать справочное пособие Елены Малявиной «Теплопотери здания», где весьма подробно объяснена специфика теплотехнических процессов, даны ссылки на необходимые нормативные документы, а также приведены примеры расчётов и вся необходимая справочная информация.опубликовано

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта .

Железобетон Бетон на гравии или щебне из природного камня Плотный силикатный бетон Керамзитобетон на керамз. песке и керамзитопенобетон Р=1800 Керамзитобетон на керамз. песке и керамзитопенобетон Р=1600 Керамзитобетон на керамз. песке и керамзитопенобетон Р=1400 Керамзитобетон на керамз. песке и керамзитопенобетон Р=1200 Керамзитобетон на керамз. песке и керамзитопенобетон Р=1000 Керамзитобетон на керамз. песке и керамзитопенобетон Р=800 Керамзитобетон на керамз. песке и керамзитопенобетон Р=600 Керамзитобетон на керамз. песке и керамзитопенобетон Р=500 Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией Р=1200 Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией Р=1000 Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией Р=800 Перлитобетон Р=1200 Перлитобетон Р=1000 Перлитобетон Р=800 Перлитобетон Р=600 Аглопоритобетон и бетоны на топливных шлаках Р=1800 Аглопоритобетон и бетоны на топливных шлаках Р=1600 Аглопоритобетон и бетоны на топливных шлаках Р=1400 Аглопоритобетон и бетоны на топливных шлаках Р=1200 Аглопоритобетон и бетоны на топливных шлаках Р=1000 Бетон на зольном гравии Р=1400 Бетон на зольном гравии Р=1200 Бетон на зольном гравии Р=1000 Полистиролбетон Р=600 Полистиролбетон Р=500 Газо- и пенобетон. газо- и пеносиликат Р=1000 Газо- и пенобетон. газо- и пеносиликат Р=900 Газо- и пенобетон. газо- и пеносиликат Р=800 Газо- и пенобетон. газо- и пеносиликат Р=700 Газо- и пенобетон. газо- и пеносиликат Р=600 Газо- и пенобетон. газо- и пеносиликат Р=500 Газо- и пенобетон. газо- и пеносиликат Р=400 Газо- и пенобетон. газо- и пеносиликат Р=300 Газо- и пенозолобетон Р=1200 Газо- и пенозолобетон Р=100 Газо- и пенозолобетон Р=800 Цементно-песчаный раствор Сложный (песок. известь. цемент) раствор Известково-песчаный раствор Цементно-шлаковый раствор P=1400 Цементно-шлаковый раствор P=1200 Цементно-перлитовый раствор P=1000 Цементно-перлитовый раствор P=800 Гипсоперлитовый раствор Поризованный гипсоперлитовый раствор P=500 Поризованный гипсоперлитовый раствор P=400 Плиты из гипса P=1200 Плиты из гипса P=1000 Листы гипсовые обшивочные (сухая штукатурка) Глиняный обыкновенный кирпич Силикатный кирпич P=2000 Силикатный кирпич P=1900 Силикатный кирпич P=1800 Силикатный кирпич P=1700 Силикатный кирпич P=1600 Керамический кирпич Р=1600 Керамический кирпич Р=1400 Камень керамический Р=1700 Кирпича силикатного утолщенного Р=1600 Кирпича силикатного утолщенного Р=1400 Камень силикатный Р=1400 Камень силикатный Р=1300 Гранит. гнейс и базальт Мрамор Известняк Р=2000 Известняк Р=1800 Известняк Р=1600 Известняк Р=1400 Туф Р=2000 Туф Р=1800 Туф Р=1600 Туф Р=1400 Туф Р=1200 Туф Р=1000 Сосна и ель поперек волокон Сосна и ель вдоль волокон Дуб поререк волокон Дуб вдоль волокон Фанера клееная Картон облицовочный Картон строительный многослойный Плиты древесноволокн. и древесноструж., скоподревесноволок. Р=1000 Плиты древесноволокн. и древесноструж., скоподревесноволок. Р=800 Плиты древесноволокн. и древесноструж., скоподревесноволок. Р=400 Плиты древесноволокн. и древесноструж., скоподревесноволок. Р=200 Плиты фибролитовые и арболит на портландцементе Р=800 Плиты фибролитовые и арболит на портландцементе Р=600 Плиты фибролитовые и арболит на портландцементе Р=400 Плиты фибролитовые и арболит на портландцементе Р=300 Плиты волокнистые теплоизоляционные из отходов искусственного меха Р=175 Плиты волокнистые теплоизоляционные из отходов искусственного меха Р=150 Плиты волокнистые теплоизоляционные из отходов искусственного меха Р=125 Плиты льнокостричные изоляционные Плиты торфяные теплоизоляционные Р=300 Плиты торфяные теплоизоляционные Р=200 Пакля Маты минераловатные прошивные Р=125 Маты минераловатные прошивные Р=100 Маты минераловатные прошивные Р=75 Маты минераловатные прошивные Р=50 Плиты минераловатные на синтетическом связующем Р=250 Плиты минераловатные на синтетическом связующем Р=200 Плиты минераловатные на синтетическом связующем Р=175 Плиты минераловатные на синтетическом связующем Р=125 Плиты минераловатные на синтетическом связующем Р=75 Плиты пенополистирольные Р=50 Плиты пенополистирольные Р=35 Плиты пенополистирольные Р=25 Плиты пенополистирольные Р=15 Пенополиуретан Р=80 Пенополиуретан Р=60 Пенополиуретан Р=40 Плиты из резольнофенолформальдегидного пенопласта Р=100 Плиты из резольнофенолформальдегидного пенопласта Р=75 Плиты из резольнофенолформальдегидного пенопласта Р=50 Плиты из резольнофенолформальдегидного пенопласта Р=40 Плиты полистиролбетонные теплоизоляционные Р=300 Плиты полистиролбетонные теплоизоляционные Р=260 Плиты полистиролбетонные теплоизоляционные Р=230 Гравий керамзитовый Р=800 Гравий керамзитовый Р=600 Гравий керамзитовый Р=400 Гравий керамзитовый Р=300 Гравий керамзитовый Р=200 Щебень и песок из перлита вспученного Р=600 Щебень и песок из перлита вспученного Р=400 Щебень и песок из перлита вспученного Р=200 Песок для строительных работ Пеностекло и газостекло Р=200 Пеностекло и газостекло Р=180 Пеностекло и газостекло Р=160 Листы асбестоцементные плоские Р=1800 Листы асбестоцементные плоские Р=1600 Битумы нефтяные строительные и кровельные Р=1400 Битумы нефтяные строительные и кровельные Р=1200 Битумы нефтяные строительные и кровельные Р=1000 Асфальтобетон Изделия из вспученного перлита на битумном связующем Р=400 Изделия из вспученного перлита на битумном связующем Р=300 Рубероид. пергамин. толь Линолеум поливинилхлоридный многослойный Р=1800 Линолеум поливинилхлоридный многослойный Р=1600 Линолеум поливинилхлоридный на тканевой подоснове Р=1800 Линолеум поливинилхлоридный на тканевой подоснове Р=1600 Линолеум поливинилхлоридный на тканевой подоснове Р=1400 Сталь стержневая арматурная Чугун Алюминий Медь Стекло оконное

Чтобы ваш дом не оказался бездонной ямой для расходов на отопление, предлагаем изучить базовые направления теплотехнических изысканий и методологию расчётов. Без предварительного расчёта тепловой проницаемости и влагонакопления теряется вся суть жилищного строительства.

Физика теплотехнических процессов

Суть тепловых явлений понять легко. Температура тела или степень его нагрева есть не что иное, как мера интенсивности колебаний элементарных частиц, из которых это тело состоит. Очевидно, что при столкновении двух частиц та, у которой энергетический уровень выше, будет передавать энергию частице с меньшей энергией, но никогда наоборот. Однако это не единственный путь обмена энергией, передача возможна также посредством квантов теплового излучения. При этом базовый принцип обязательно сохраняется: квант, излученный менее нагретым атомом, не в состоянии передать энергию более горячей элементарной частице. Он попросту отражается от неё и либо пропадает бесследно, либо передаёт свою энергию другому атому с меньшей энергией.

Термодинамика хороша тем, что происходящие в ней процессы абсолютно наглядны и могут интерпретироваться под видом различных моделей. Главное — соблюдать базовые постулаты, такие как закон передачи энергии и термодинамического равновесия. Так что если ваше представление соответствует этим правилам, вы легко поймёте методику теплотехнических расчётов от и до.

Понятие сопротивления теплопередаче

R t = (T 2 - T 1) / P

R t — термическое сопротивление участка, К/Вт;
T 2 — температура начала участка, К;
T 1 — температура конца участка, К;
P — тепловой поток, Вт.

R t = l / (λ·S)

R t — термическое сопротивление участка цепи, К/Вт;
l — длина участка тепловой цепи, м;
λ — коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м·К);
S — площадь поперечного сечения участка, м 2 .

Факторы, влияющие на теплопотери

через толщу бетона
через стальные стержни
от стальных стержней к бетону

В пористых средах тепловые процессы протекают похожим образом. Практически все строительные материалы состоят из разветвлённой паутины твёрдого вещества, пространство между которым заполнено воздухом. Таким образом, основным проводником тепла служит твёрдый, плотный материал, но за счёт сложной структуры путь, по которому распространяется теплота, оказывается больше поперечного сечения. Таким образом, второй фактор, определяющий термическое сопротивление, это неоднородность каждого слоя и ограждающей конструкции в целом.

Третьим фактором, влияющим на теплопроводность, мы можем назвать накопление влаги в порах. Вода имеет термическое сопротивление в 20-25 раз ниже, чем у воздуха, таким образом, если она наполняет поры, в целом теплопроводность материала становится даже выше, чем если бы пор вообще не было. При замерзании воды ситуация становится ещё хуже: теплопроводность может возрасти до 80 раз. Источником влаги, как правило, служит комнатный воздух и атмосферные осадки. Соответственно, три основных метода борьбы с таким явлением — это наружная гидроизоляция стен, использование парозащиты и расчёт влагонакопления, который обязательно производится параллельно прогнозированию теплопотерь.

Дифференцированные схемы расчёта

Простейший способ установить размер тепловых потерь здания — суммировать значения теплового потока через конструкции, которыми это здание образовано. Такая методика полностью учитывает разницу в структуре различных материалов, а также специфику теплового потока сквозь них и в узлах примыкания одной плоскости к другой. Такой дихотомический подход сильно упрощает задачу, ведь разные ограждающие конструкции могут существенно отличаться в устройстве систем теплозащиты. Соответственно, при раздельном исследовании определить сумму теплопотерь проще, ведь для этого предусмотрены различные способы вычислений:

Для стен утечки теплоты количественно равны общей площади, умноженной на отношение разницы температур к тепловому сопротивлению. При этом обязательно берётся во внимание ориентация стен по сторонам света для учёта их нагрева в дневное время, а также продуваемость строительных конструкций.
Для перекрытий методика та же, но при этом учитывается наличие чердачного помещения и режим его эксплуатации. Также за комнатную температуру принимается значение на 3-5 °С выше, расчётная влажность тоже увеличена на 5-10%.
Теплопотери через пол рассчитывают зонально, описывая пояса по периметру здания. Связано это с тем, что температура грунта под полом выше у центра здания по сравнению с фундаментной частью.
Тепловой поток через остекление определяется паспортными данными окон, также нужно учитывать тип примыкания окон к стенам и глубину откосов.

Q = S · (Δ T / R t)

Q —тепловые потери, Вт;
S — площадь стен, м 2 ;
ΔT — разница температур внутри и снаружи помещения, ° С;
R t — сопротивление теплопередаче, м 2 ·°С/Вт.

Пример расчёта

Прежде чем перейти к демонстрационному примеру, ответим на последний вопрос: как правильно рассчитать интегральное термическое сопротивление сложных многослойных конструкций? Это, конечно, можно сделать вручную, благо, что в современном строительстве используется не так много типов несущих оснований и систем утепления. Однако учесть при этом наличие декоративной отделки, интерьерной и фасадной штукатурки, а также влияние всех переходных процессов и прочих факторов достаточно сложно, лучше воспользоваться автоматизированными вычислениями. Один из лучших сетевых ресурсов для таких задач — smartcalc.ru , который дополнительно составляет диаграмму смещения точки росы в зависимости от климатических условий.

Для примера возьмём произвольное здание, изучив описание которого читатель сможет судить о наборе исходных данных, необходимых для расчёта. Имеется одноэтажный дом правильной прямоугольной формы размерами 8,5х10 м и высотой потолков 3,1 м, расположенный в Ленинградской области. В доме выполнен неутеплённый пол по грунту досками на лагах с воздушным зазором, высота пола на 0,15 м превышает отметку планирования грунта на участке. Материал стен — шлаковый монолит толщиной 42 см с внутренней цементно-известковой штукатуркой толщиной до 30 мм и наружной шлаково-цементной штукатуркой типа «шуба» толщиной до 50 мм. Общая площадь остекления — 9,5 м 2 , в качестве окон использован двухкамерный стеклопакет в теплосберегающем профиле с усреднённым термическим сопротивлением 0,32 м 2 ·°С/Вт. Перекрытие выполнено на деревянных балках: снизу оштукатурено по дранке, заполнено доменным шлаком и сверху укрыто глиняной стяжкой, над перекрытием — чердак холодного типа. Задача расчёта теплопотерь — формирование системы теплозащиты стен.

Первым делом определяются тепловые потери через пол. Поскольку их доля в общем оттоке тепла наименьшая, а также по причине большого числа переменных (плотность и тип грунта, глубина промерзания, массивность фундамента и т. д.), расчёт теплопотерь проводится по упрощённой методике с использованием приведённого сопротивления теплопередаче. По периметру здания, начиная от линии контакта с поверхностью земли, описывается четыре зоны — опоясывающих полосы шириной по 2 метра. Для каждой из зон принимается собственное значение приведённого сопротивления теплопередаче. В нашем случае имеется три зоны площадью по 74, 26 и 1 м 2 . Пусть вас не смущает общая сумма площадей зон, которая больше площади здания на 16 м 2 , причина тому — двойной пересчёт пересекающихся полос первой зоны в углах, где теплопотери значительно выше по сравнению с участками вдоль стен. Применяя значения сопротивления теплопередаче в 2,1, 4,3 и 8,6 м 2 ·°С/Вт для зон с первой по третью, мы определяем тепловой поток через каждую зону: 1,23, 0,21 и 0,05 кВт соответственно.

Стены

Используя данные о местности, а также материалы и толщину слоёв, которыми образованы стены, на упомянутом выше сервисе smartcalc.ru нужно заполнить соответствующие поля. По результатам расчёта сопротивление теплопередаче оказывается равным 1,13 м 2 ·°С/Вт, а тепловой поток через стену — 18,48 Вт на каждом квадратном метре. При общей площади стен (за вычетом остекления) в 105,2 м 2 общие теплопотери через стены составляют 1,95 кВт/ч. При этом потери тепла через окна составят 1,05 кВт.

Перекрытие и кровля

Расчёт теплопотерь через чердачное перекрытие также можно выполнить в онлайн-калькуляторе, выбрав нужный тип ограждающих конструкций. В результате сопротивление перекрытия теплопередаче составляет 0,66 м 2 ·°С/Вт, а потери тепла — 31,6 Вт с квадратного метра, то есть 2,7 кВт со всей площади ограждающей конструкции.

Итого суммарные теплопотери согласно расчётам составляют 7,2 кВт·ч. При достаточно низком качестве строительных конструкций здания этот показатель очевидно сильно ниже реального. На самом деле такой расчёт идеализирован, в нём не учтены специальные коэффициенты, продуваемость, конвекционная составляющая теплообмена, потери через вентиляцию и входные двери. В действительности, из-за некачественной установки окон, отсутствия защиты на примыкании кровли к мауэрлату и плохой гидроизоляции стен от фундамента реальные теплопотери могут быть в 2 или даже 3 раза больше расчётных. Тем не менее, даже базовые теплотехнические исследования помогают определиться, будут ли конструкции строящегося дома соответствовать санитарным нормам хотя бы в первом приближении.

Условно теплопотери частного дома можно разделить на две группы:

Естественные — потери тепла через стены, окна или крышу здания. Это потери которые невозможно полностью устранить, но зато их можно свести к минимуму.
«Утечки тепла» — дополнительные теплопотери, которых чаще всего можно избежать. Это различные визуально незаметные ошибки: скрытые дефекты, ошибки монтажа и т.п., которые невозможно обнаружить визуально. Для этого используется тепловизор.

Далее предлагаем вашему вниманию 15 примеров таких «утечек». Это реальные проблемы, которые чаще всего встречаются в частных домах. Вы увидите какие проблемы могут присутствовать в вашем доме и на что следует обратить внимание.

Некачественная теплоизоляция стен

Изоляция работает не так эффективно, как могла бы. На термограмме видно, что температура на поверхности стены распределена неравномерно. То есть, одни участки стены нагреваются сильнее других (чем ярче цвет, тем выше температура). А это значит что и потери тепла в ни сильнее, что неправильно для утепленной стены.

В данном случае яркие области это пример неэффективной работы изоляции. Вероятно что пенопласт в этих места поврежден, некачественно смонтирован или отсутствует вовсе. Поэтому после утепления здания важно убедиться, что работы выполнены качественно и изоляция работает эффективно.

Некачественная теплоизоляция крыши

Стык между деревянной балкой и минеральной ватой недостаточно уплотнен. Из-за этого изоляция работает недостаточно эффективно и обеспечивает дополнительные потери тепла через крышу, которых можно было бы избежать.

Радиатор засорен и отдает мало тепла

Одна из причин почему в доме холодно — некоторые секции радиатора не нагреваются. Это может быть вызвано несколькими причинами: строительный мусор, скопление воздуха или заводской брак. Но результат один — радиатор работает в половину своей отопительной мощности и недостаточно греет помещение.

Радиатор «греет» улицу

Еще один пример неэффективной работы радиатора.

Внутри помещения установлен радиатор, который очень сильно нагревает стену. В результате часть выделяемого им тепла уходит на улицу. Фактически тепло используется для обогрева улицы.

Близкая укладка теплых полов к стене

Труба теплого пола уложена близко к наружной стене. Теплоноситель в системе охлаждается более интенсивно и его приходится подогревать чаще. Результат - увеличение затрат на отопление.

Приток холода через щели в окнах

Часто в окнах присутствуют щели, которые появляются из-за:

недостаточного прижатия окна к оконной раме;
износа уплотнительных резинок;
некачественного монтажа окна.

Через щели в помещение постоянно попадает холодный воздух, из-за которого образуются вредные для здоровья сквозняки и увеличиваются теплопотери здания.

Приток холода через щели в дверях

Также щели возникают в балконных и входных дверях.

Мостики холода

«Мостики холода» — это участки здания с более низким термическим сопротивлением по отношению к другим участкам. То есть они пропускают больше тепла. Например это углы, бетонные перемычки над окнами, места сопряжения строительных конструкций и так далее.

Чем вредны мостики холода:

Увеличивают теплопотери здания. Одни мостики теряют больше тепла, другие меньше. Все зависит от особенностей здания.
При определенных условиях в них выпадает конденсат и появляется грибок. Такие потенциально опасные участки нужно предупреждать и устранять заранее.

Охлаждение помещения через вентиляцию

Вентиляция работает «наоборот». Вместо удаления воздуха из помещения наружу, с улицы в помещение затягивается холодный уличный воздух. Это также, как и в примере с окнами обеспечивает сквозняки и охлаждает помещение. На приведенном примере температура воздуха, который попадает в помещение -2,5 градуса, при температуре помещения ~20-22 градуса.

Приток холода через люк на крышу

А в данном случае холод попадает в помещение через люк на чердак.

Приток холода через монтажное отверстие кондиционера

Приток холода в помещение через монтажное отверстие кондиционера.

Потери тепла через стены

На термограмме видны «мостики тепла», связанные с использованием при строительстве стены материалов с более слабым сопротивлением теплопередаче.

Потери тепла через фундамент

Часто утепляя стену здания забывают о еще важном участке — фундаменте. Через фундамент здания также осуществляются потери тепла, особенно если в здании есть подвальное помещение или внутри уложен теплый пол.

Холодная стена из-за кладочных швов

Кладочные швы между кирпичами являются многочисленными мостиками холода и увеличивают теплопотери через стены. На приведенном примере видно, что разница между минимальной температурой (кладочный шов) и максимальной (кирпич) составляет почти 2 градуса. Термическое сопротивление стены снижено.

Воздушные течи

Мостик холода и воздушная течь под потолком. Возникает из-за недостаточной герметизации и утепления стыков между кровлей, стеной и плитой перекрытия. В результате помещение дополнительно охлаждается и появляются сквозняки.

Заключение

Все это типичные ошибки, которые встречаются в большинстве частных домов. Многие из них легко устраняются и позволяют заметно улучшить энергетическое состояние здания.

Перечислим их еще раз:

Утечки тепла через стены;
Неэффективная работа тепловой изоляции стен и крыши — скрытые дефекты, некачественный монтаж, повреждения и т.п.;
Притоки холода через монтажные отверстия кондиционера, щели в окнах и дверях, вентиляцию;
Неэффективная работа радиаторов;
Мостики холода;
Влияние кладочных швов.

15 скрытых утечек тепла в частном доме, о которых вы не догадывались