Расчет коэффициента теплового сопротивления стены

Как рассчитать коэффициент теплопроводности всей стены, если она из разных материалов, с различными своими коэффициентами теплопроводности, и различной толщины.

Утепление стен дома

При строительстве индивидуальных домов важно знать теплопроводность стены дома. Это позволит подобрать оптимальное сочетание цены строительства, стоимость утепления стен и качества утепления.

Например, что лучше - кирпичная стена в 1 кирпич и 10 сантиметров пенопласта или стена из бруса, обложенная в полкирпича. А может сделать каркас и заложить в него 15 см минеральной ваты? Какой будет коэффициент теплового сопротивления у стены, состоящей из бруса 15 см, 5 см пенопласта, воздушного зазора 5 см и половины кирпича?

Поэтому важно уметь рассчитывать коэффициент теплопередачи стены в целом, а не конкретного материала. Это необходимо, чтобы оценить – насколько будет эффективным утепление, и стоит ли его делать. На стадии строительства знание теплопотерь через стены пригодится при расчете необходимой мощности отопления. Недостаток мощности рано или поздно поставит перед владельцем дома вопрос либо о дополнительном утеплении либо об увеличении отопительных мощностей. А излишний и нерегулируемый избыток (не путать с разумным запасом) приведет к значительному перерасходу топлива и средств на отопление. А всю атмосферу все равно не согреешь…

Методика расчета коэффициента теплопроводности стены

Проще всего методику расчета коэффициента теплопроводности такой стены пояснить на примере. Допустим, есть стена из бруса толщиной 15 см. Достаточно распространенное явление в дачном строительстве. Из справочника мы знаем, что коэффициент теплопроводности (Ктп) сосны поперек волокон равен 0,15 вт/метр*град. Соответственно Ктп 15-ти сантиметровой стены из бруса будет равен 0,15 * 1метр/0,15 метра = 1 вт/метр*град.

Хозяин решает утеплить стену изнутри 5 сантиметровым слоем минеральной ваты ( Ктп= 0,05 вт/метр*град) , а снаружи - обложить кирпичем (в полкирпича – 15 см) , оставив 5 см воздушный зазор. ( Я умышленно взял этот пример, поскольку это самая распространенная в Украине схема стены) .

Итак, что мы имеем:
1. Стена в 15 см из бруса, Ктп бруса = 0,15, а Ктп стены из бруса – 1. ( тут и в дальнейшем я опускаю обозначение Вт/метр*град).
2. 5 сантиметров мин. ваты. Ктп самой минваты = 0,05, А 5-ти см. стены минваты - Ктп = 1.
3. Воздушный зазор (при условии непродуваемости в период отопления). Ктп воздуха = 0,03. А самого зазора Ктп = 0,6
4. Кирпичная кладка в полкирпича (15 см) . Ктп кирпичной кладки = 0,85 , Ктп собственно стенки = 5,7 (почувствуйте разницу между просто кирпичем и утеплителем. Кирпич, в данном случае - просто декоративная отделка и ветро-влаго защита).

Теперь на основе этих данных определим долю участия каждого из слоя стены в деле сбережения тепла. Для этого возьмем обратные величины Ктп слоя и будем считать их сумму за 100%, что бы определить долю каждого слоя в процессе теплосбережения.
1. Брус, Ктп= 1, Величина обратная = 1.
2. Минвата. Ктп= 1, Величина обратная = 1
3. Воздушный зазор. Ктп= 0,6, Величина обратная = 1,67
4. Кирпичная стена. К пт = 5,7, Величина обратная = 0,175
Сумма обратных величин = 3.845 (это 100%)

Соответственно, Доля участия Бруса в теплосбережении составляет 1/3.845 = 0,26 = 26 % . Минваты тоже 26% (0,26). Воздуха - 43% ( Вы видите, насколько важно делать качественный воздушный зазор между кирпичом и брусом !!!).

И доля кирпича = 5% Как видите – его назначение - ветрозащита, влагозащита, просто защита, создание воздушного зазора, внешняя отделка и т.д. Все что угодно, только не теплоизоляция. А чтобы рассчитать Ктп всей стены, возьмем удельные доли каждого из слоев, умножим на Ктп материала слоя и сложим их.

Т.е. формально, мы считаем, что наша стена состоит из некоего условного материала, в составе которого определенные доли компонентов со своими Ктп. Тогда получим 0,26 * 0,15 + 0,26 * 0,05 + 0,43 * 0,03 + 0,05 * 0,85 = 0,1074 Т.е Ктп нашего «сэндвича» равен ~ 0,11 вт/метр*град.

Теплопроводность стены

С учетом того, что толщина нашей стены = 0,4 метра, то Ктп стены = 0,275 вт/метр*град. Сравните это с К тп стены из «просто бруса» ( 1,0 ) и мы увидим, что уменьшили теплопотери почти в 4 раза! Т.е. нам потребуется тепловая мощность отопления почти в 4 раз меньше, чем просто в доме из бруса (бревенчатом доме).

Зная Ктп стены, ее площадь, разницу температур внутри и снаружи дома (по худшему варианту) не трудно рассчитать необходимую мощность отопления. На основании этих рассуждений, можно вывести несложную формулу для расчета К тп стены, состоящей из нескольких слоев различных материалов и имеющих между собой тепловой контакт.

Теплопроводность стены выражается формулой

1/L = сумма <(Ti/T)*(1/Li)> где Li и Ti - теплопроводность и толщина каждого слоя, T - суммарная толщина слоя (в метрах), а L - суммарный К тп.

Назад