Очень часто при ремонте домов хозяева жилья принимают решение о необходимости работ для утепления стен, потому что повышается энергоэффективность здания и снижаются затраты на отопление. Это вполне оправданно, так как стоимость любых энергоносителей неуклонно повышается.
По статистике, тепловые потери дома через стеновые ограждающие конструкции составляют от 40 до 60 процентов общих потерь тепла дома. Эта величина зависит от материала, из которого возведены стены и степени тепловой защиты пола и кровли (межэтажного перекрытия в случае эксплуатации холодного чердака). Без специальных мер по тепловой защите этих конструкций их доля в общих потерях тепла может составлять 5-10% для пола и от 20 до 40% для потолка.
Утепление стен приводит не только к улучшению теплового баланса здания. Оно также способствует установлению в доме комфортного микроклимата, повышает сохранность и долговечность ограждающих конструкций.
Расчет тепловых характеристик дома проводят на основании расчета нескольких параметров путем вычислений. Точную картину теплопотерь может дать исследование конструкции при помощи специального прибора – тепловизора.
Физические основы утепления стен
Нормативные требования к тепловым характеристикам ограждающих конструкций, режиму комфортной температуры и влажности в домах постоянного проживания изложены в своде строительных норм и правил, а также обусловлены санитарно-гигиеническими требованиями. В случае, если дом не эксплуатируется круглогодично, применить указанные нормативы представляется проблематичным, поскольку значительные колебания температуры внутри здания не позволяют добиться устойчивого теплового баланса.
Правильное утепление стен основано на точном понимании физической сути процесса теплообмена между зданием и окружающей средой, учитывает разницу температур, влажности, теплофизические свойства стеновых материалов и утеплителей. Ошибки в проектировании утепления могут привести к негативным последствиям – промерзанию стены, ее увлажнению, повышению сырости и развитию грибка внутри помещений дома, уменьшению долговечности ограждающих конструкций и их разрушению.
Для расчета тепловых характеристик стен профессиональные строители используют два важных параметра: тепловое сопротивление пирога стены и точку росы.
Пирогом стены называют совокупность всех слоев стены, выполненных из однородных материалов, которые входят в ее состав, а также барьерных и декоративных покрытий. Расчет теплового сопротивления проводят отдельно для каждого однородного слоя.
Коэффициент термического сопротивления ограждающих конструкций
В строительстве тепловым сопротивлением (сопротивлением теплопередаче, коэффициентом теплового или термического сопротивления) называют отношение разности температур на поверхностях конструкции стены к величине мощности теплового потока (теплопередача за один час через один квадратный метр площади поверхности ограждающей конструкции), проходящего сквозь нее, и рассчитывают по формуле:
R=∆T/Qa
где R – коэффициент сопротивления передаче тепла однородного слоя стены;
«∆T=» Т_1-Т_2 («∆T» — разница температур, выраженная в градусах Цельсия или Кельвина, Т_1 – средняя температура внутри здания, Т_2 — наименьшая температура воздуха окружающей среды);
«Qa» – теплопередача за один час через один метр стеновой конструкции. Коэффициент сопротивления передаче тепла выражается в м2•K/Вт или м2•°C/Вт.
Общее тепловое сопротивление стены равно сумме коэффициентов сопротивления составляющих ее однородных слоев, т.е. R»=» R_1+R_(2 )+R_3+⋯+R_n, где n – ‘номер слоя.
Тепловое сопротивление однородной ограждающей конструкции – отдельного слоя стены рассчитывают по формуле R»=δ/λ» , в которой «δ» – толщина слоя в метрах, «λ» — коэффициент теплопроводности материала, Вт/м•°С. Толщину стены определяют путем непосредственных измерений, а значение коэффициента теплопроводности можно узнать из специальных справочных таблиц либо технико-эксплуатационных характеристик, предоставляемых производителями строительного материала или утеплителя.
Значения коэффициентов теплопроводности различных материалов
| Материал | В сухом состоянии при нулевой влажности, , Вт/м·°C | При влажности в условиях эксплуатации «Б», , Вт/м·°C | Влажность, % |
| Кладка из полнотелого силикатного кирпича на цементно-песчаном растворе | 0,7 | 0,87 | 4 |
| Кладка из полнотелого керамического кирпича на цементно-песчаном растворе | 0,56 | 0,81 | 2 |
| Листы гипсовые обшивочные (сухая штукатурка) плотностью 800 кг/м3 | 0,15 | 0,21 | 6 |
| Сосна и ель поперёк волокон | 0,09 | 0,18 | 20 |
| Фанера клееная | 0,12 | 0,18 | 13 |
| Опилки древесные | 0,09 Вт/м·°C (0,08 ккал/м·час·°C) | (средняя влажность в наружных ограждениях) | |
| Плиты древесно-волокнистые и древесно-стружечные плотностью 200 кг/м3 | 0,06 | 0,08 | 12 |
| Пенополистирольные плиты плотностью до 10 кг/м3 | 0,049 | 0,059 | 10 |
| Плиты из минеральной ваты из каменного волокна плотностью 180 кг/м3 | 0,038 | 0,048 | 5 |
Чем выше значение коэффициента , тем более лучшими тепловыми характеристиками обладает ограждающая конструкция. С этой точки зрения утепление стены – это проведение мероприятий по повышению коэффициента сопротивления теплопередаче.
Согласно СНиПу для расчета теплового сопротивления многослойной ограждающей конструкции применяют формулу , в которой — сопротивление передаче тепла у внутренней поверхности стены, – тепловое сопротивление слоев стены, — сопротивление передаче тепла у наружной поверхности стены.
В зависимости от климатических условий региона, в котором расположен дом, нормативные значения сопротивления теплопередачи ограждающих конструкций могут колебаться от 1,79 Вт/м·°С (климатические условия г. Сочи) до 5,28 Вт/м·°С (климатические условия г. Якутск).
Значения сопротивления теплопередачи для разных климатических зон
| Город | Необходимое сопротивление теплопередаче согласно СНиП, м2·°C/Вт |
| Москва | 3,28 |
| Краснодар | 2,44 |
| Сочи | 1,79 |
| Ростов-на-Дону | 2,75 |
| Санкт-Петербург | 3,23 |
| Красноярск | 4,84 |
| Воронеж | 3,12 |
| Якутск | 5,28 |
| Иркутск | 4,05 |
| Волгоград | 2,91 |
| Астрахань | 2,76 |
| Екатеринбург | 3,65 |
| Нижний Новгород | 3,36 |
| Владивосток | 3,25 |
| Магадан | 4,33 |
| Челябинск | 3,64 |
| Тверь | 3,31 |
| Новосибирск | 3,93 |
| Самара | 3,33 |
| Пермь | 3,64 |
| Уфа | 3,48 |
| Казань | 3,45 |
| Омск | 3,82 |
Несмотря на то, что приведенные в таблице значения не обязательны к выполнению в индивидуальном строительстве, их соблюдение позволит сделать проживание в доме максимально комфортным.
Пример расчета теплопотери стены
Допустим, у нас есть стена из силикатного кирпича толщиной 0,4 м общей площадью 10 м2. Расчетная температура внутри здания равна +20°С, минимальная наружная температура -15°С. Перепад температур составляет 35°С, влажность 0%.
Согласно формуле в приведенных условия , что составит 0,57 м2·°C/Вт. Таким образом, если не предпринимать мер по утеплению такой стены, ее тепловое сопротивление почти в четыре раза ниже для норматива, принятого для самых теплых регионов, а уровень теплопотерь на квадратный метр составит 35/0,57=61,4 Вт. При указанной площади стены только нее мощность потока уходящего тепла составит 614 Вт, что, конечно, является недопустимо высокой цифрой.
Также при расчете следует учесть, что не все стены являются абсолютно однородными – в их конструкции встречаются стеклопакеты, двери, перемычки, входы коммуникаций, что увеличивает реальный уровень теплопотерь по сравнению с расчетным значением.
Утепление стен — Точка росы
Точкой росы называют значение температуры воздуха, при котором водяной пар, содержащийся в нем в определенном объеме (% влажности) конденсируется в виде жидкости. Таким образом, чем выше относительная влажность воздуха, тем выше находится точка росы, а при влажности 100% она совпадает с фактическим значением температуры.
Определение точки росы можно проводить на основании измерений специальным прибором – психрометром или, зная значения температуры и влажности, вычислить ее по специальным формулам. Однако проще всего воспользоваться таблицей, которая дает представление о точке росы при разных условиях влажности, хоть и с определенной долей погрешности.
Точка росы при разных условиях влажности и температуры воздуха, измеренной сухим термометром
| Относительная влажность, % | Температура воздуха, °С | ||||||||||
| 0 | 2,5 | 5 | 7,5 | 10 | 12,5 | 15 | 17,5 | 20 | 22,5 | 25 | |
| 20 | −20 | −18 | −16 | −14 | −12 | −9,8 | −7,7 | −5,6 | −3,6 | −1,5 | −0,5 |
| 25 | −18 | −15 | −13 | −11 | −9,1 | −6,9 | −4,8 | −2,7 | −0,6 | 1,5 | 3,6 |
| 30 | −15 | −13 | −11 | −8,9 | −6,7 | −4,5 | −2,4 | −0,2 | 1,9 | 4,1 | 6,2 |
| 35 | −14 | −11 | −9,1 | −6,9 | −4,7 | −2,5 | −0,3 | 1,9 | 4,1 | 6,3 | 8,5 |
| 40 | −12 | −9,7 | −7,4 | −5,2 | −2,9 | −0,7 | 1,5 | 3,8 | 6,0 | 8,2 | 10,5 |
| 45 | −10 | −8,2 | −5,9 | −3,6 | −1,3 | 0,9 | 3,2 | 5,5 | 7,7 | 10,0 | 12,3 |
| 50 | −9,1 | −6,8 | −4,5 | −2,2 | 0,1 | 2,4 | 4,7 | 7,0 | 9,3 | 11,6 | 13,9 |
| 55 | −7,8 | −5,6 | −3,3 | −0,9 | 1,4 | 3,7 | 6,1 | 8,4 | 10,7 | 13,0 | 15,3 |
| 60 | −6,8 | −4,4 | −2,1 | 0,3 | 2,6 | 5,0 | 7,3 | 9,7 | 12,0 | 14,4 | 16,7 |
| 65 | −5,8 | −3,4 | −1,0 | 1,4 | 3,7 | 6,1 | 8,5 | 10,9 | 13,2 | 15,6 | 18,0 |
| 70 | −4,8 | −2,4 | 0,0 | 2,4 | 4,8 | 7,2 | 9,6 | 12,0 | 14,4 | 16,8 | 19,1 |
| 75 | −3,9 | −1,5 | 1,0 | 3,4 | 5,8 | 8,2 | 10,6 | 13,0 | 15,4 | 17,8 | 20,3 |
| 80 | −3,0 | −0,6 | 1,9 | 4,3 | 6,7 | 9,2 | 11,6 | 14,0 | 16,4 | 18,9 | 21,3 |
| 85 | −2,2 | 0,2 | 2,7 | 5,1 | 7,6 | 10,1 | 12,5 | 15,0 | 17,4 | 19,9 | 22,3 |
| 90 | −1,4 | 1,0 | 3,5 | 6,0 | 8,4 | 10,9 | 13,4 | 15,8 | 18,3 | 20,8 | 23,2 |
| 95 | −0,7 | 1,8 | 4,3 | 6,8 | 9,2 | 11,7 | 14,2 | 16,7 | 19,2 | 21,7 | 24,1 |
| 100 | 0,0 | 2,5 | 5,0 | 7,5 | 10,0 | 12,5 | 15,0 | 17,5 | 20,0 | 22,5 | 25,0 |
Для пребывания человека комфортными условиями считается диапазон точки росы от 10°С до 15°С при температуре воздуха +20°С и относительной влажности 60% (нормативное значение для жилых помещений согласно СНиПам). При точке росы свыше 20°С человек ощущает дискомфорт, а ее дальнейшее повышение может представлять опасность для людей с заболеванием дыхательных органов и сердечно-сосудистой системы.
При проведении утепления стен домов расчет положения точки росы имеет большое значение. Он показывает, в каком месте стены или утеплителя будет накапливаться влага. Очевидно, что если точка росы при снижении температуры наружного воздуха сместится на внутреннюю поверхность стены, то она начнет отсыревать и, как следствие, начнется развитие грибка и плесени. Поэтому оптимальной считается такая толщина утеплителя, которая, кроме обеспечения достаточного термического сопротивления стены, создаст условия для расположения точки росы в его толще (в случае наружного утепления с использованием водопроницаемого утеплительного материала) или на внешней поверхности. Для нормальной работы утеплителя его гидроизолируют и обеспечивают проветривание, для удаления из его толщи влаги.
Как сделать утепление стен дома
Рассмотрим различные варианты положения точки росы в не утепленной и утепленной стене.
Не утепленные стены дома
При таком положении точки росы в не утепленной стене внутренняя поверхность ограждающей конструкции не намокнет при любых условиях влажности и температуры.
При резком снижении температуры воздуха влага может конденсироваться на внутренней поверхности стены, для предотвращения развития такого процесса нужно увеличивать нагрев помещения.
Внутренняя стена помещения будет постоянно отсыревать, возникает опасность развития грибка и плесени.
Утепление стен домов снаружи
Если толщина утеплителя рассчитана правильно, точка росы будет расположена в толще утеплителя. Таким образом, наружная поверхность стены и внутренняя стена помещения будут оставаться сухими. Такая ситуация является наиболее оптимальной с точки зрения проведения утеплительных работ.
Если толщина слоя утеплителя меньше необходимой, точка росы рассчитывается как в ситуации с не утепленной стеной, с учетом коэффициента теплового сопротивления материала стен и утеплителя. В таком случае возможны три варианта расположения точки росы, как и в не утепленной стене – монтаж утеплительного материала недостаточной толщины с этой точки зрения является пустой тратой денежных средств.
Внутреннее утепление стен
При утеплении стены изнутри мы создаем барьер для проникновения в ее массив тепла и, таким образом, сдвигаем точку росы внутрь помещения.
Стена в основном остается сухой, лишь при резком похолодании может намокать утеплитель.
Стена под утеплителем мокрая, утеплитель также намокает, требуется увеличение температуры внутри помещения.
Стены остаются мокрыми во время холодного периода года, также остается мокрым утеплительный материал, снижая свою эффективность.
Основные принципы утепления стен
Из рассмотренных выше примеров видно, что утепление стен домов изнутри можно применять только в крайнем случае, когда отсутствует техническая возможность провести такие работы снаружи здания.
В зависимости от способности утеплительными материалами поглощать влагу, а также от паропроницаемости стены, ограждающая конструкция в большинстве случаев изнутри нуждается в пароизоляции, для предотвращения конденсации пара в толще утепляющего материала. Снаружи утеплитель защищают от намокания путем создания слоя гидроизоляции.
Согласно общему принципу, тепловое сопротивление пирога стены должно увеличиваться по направлению к наружной поверхности, т.е. коэффициент термического сопротивления утеплителя в случае наружного утепления стен домов должен быть выше, чем аналогичный параметр материала, из которого создана ограждающая конструкция.
Все работы по утеплению стен домов должны проводиться в строгом соответствии с технологическими требованиями по использованию того или иного материала, на основании теплотехнического расчета. Только в таком случае утепление домов будет эффективным, экономя денежные средства владельцу.