Ваше сообщение успешно отправлено!

Оставить заявку

Заказать звонок

+7 (499) 110-62-15
+7 (916) 486-16-02
Настоящая теплая стена

Настоящая теплая стена

Настоящая теплая стена

Настоящая теплая стена.

Что такое настоящая теплая стена? Как известно, стены бывают разные:
1. Несущие. Стены, которые воспринимают нагрузку от перекрытий и иных конструкционных элементов.
2. Ограждающие. Внешние стены, отделяющие внутренние помещения от окружающей среды.
3. Межкомнатные, служащие для разделения внутреннего пространства.

В индивидуальном строительстве, как правило, стены совмещают сразу несколько функций. Так, внешние стены являются одновременно несущими и ограждающими. У стен домов, предназначенных для постоянного проживания, должно быть одно полезное свойство - теплоемкость. Это касается если не внешних, то хотя бы внутренних стен. Одно из оптимальных сочетаний газобетонные внешние стены и стены из полнотелого кирпича - внутренние. Допустим, мы нагрели воздух в доме до комфортной температуры +22oC. Со временем все предметы, мебель в доме, внутренние стены нагреются до той же температуры, тем самым запасут тепло.  Чем массивнее предметы, тем больше тепла потребуется для их нагрева, соответственно, больше тепла они смогут запасти. Что произойдет, если мы удалим теплый воздух из комнаты, например, открыв форточку? Если в комнате нет аккумуляторов тепла, температура в комнате понизится, и после закрытия форточки без обогрева не восстановится. Но если в комнате запасено тепло, например, в массивных стенах или в теплых полах, то температура воздуха быстро восстановится. Причем почти до тех же значений, ведь теплоемкость воздуха мала.

Теперь разберем внешние стены.

Кроме теплоемкости внешние стены должны сберегать тепло. Показателем сбережения тепла является коэффициент теплосопротивления (R) и он рассчитывается (м2* oC /Вт) как отношение толщины стены к коэффициенту теплопроводности материала. Как понять теплая ли у нас стена? Ответ на этот вопрос нам дает СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». В нем устанавливаются минимальные коэффициенты теплосопротивления для разных регионов.  Для Москвы он равен K = 3,28. Возьмем температуру самой холодной пятидневки из СНиП 23-01-99* «Строительная климатология», опять же для Москвы она равна -28oC. Итак, у нас +22oC в комнате и -28oC на дворе. Можем считать, что наша стена служит разделителем двух сред с разной температурой. С внутренней стороны ее нагревает комнатный воздух, и ее температура равна 22oC, а если быть точным, это температура пограничного слоя стены. С другой внешней стороны стены мы наблюдаем точно же такую картину, только в этом случае холодный воздух ее охлаждает. Температура внешнего слоя составляет -28oC. Логика нам подсказывает, что 0oC у нас где-то внутри стены. Давайте посмотрим, где этот ноль, и какова средняя температура стены. Но для начала попробуем изобразить распределение температуры внутри стены графически с небольшим погружением в курс школьной физики. Теплопроводность материалов (λ) измеряется в Вт/(м*oC). Коэффициенты теплопроводности материалов можно найти в интернете. Я приведу лишь те, с которыми мы сейчас будем работать:

Материал

Коэффициент теплопроводности, Вт/(м*oC)

Коэффициент паропроницаемости

Газобетон марки D400

0,113

0,24

Кирпичная кладка из полнотелого кирпича

0,7

0,11

Минеральная вата в матах

0,04

0,3

Экструдированный пенополистирол плотности 30кг/м3

0,03

0,05

 

Используя коэффициенты теплосопротивления и теплопроводности можно посчитать минимальную толщину стен для разных материалов.

Для стены из газобетона получаем: X = K * λ = 3.28 * 0.113 = 0,371м. То есть блок толщиной 400 мм полностью удовлетворяет СНиП.

Для стены из кирпичной кладки получаем:  X = K * λ = 3.28 * 0.7 = 2,3м. Только стена из кирпича толщиной 2,3 м удовлетворяет СНиП! Естественно, никто такие стены не строит, пользуются утеплителями. Как правильно утеплить кирпичную стену, рассмотрим в следующей части статьи про многослойные стены.

Чтобы понять, как распределяется температура внутри однослойной стены, воспользуемся формулой:

q = (T2- T1)/(X/λ),

где

q  - тепловой поток;

Т1 — температура внешней стены;

Т2 — температура внутренней стены;

X – толщина стены;

λ— коэффициент теплопроводности;

Для начала посчитаем, какой мощности тепловой поток необходимо подать на внутреннюю поверхность стены. Замечаем, что X/λ это наш коэффициент теплосопротивления и он нам известен (3,28).

Поэтому: q = (22 - (-28))/3.28 = 15.24

Построим график зависимости температуры внутреннего слоя стены от ее толщины и изобразим это графически. По оси X отложим толщину стены, на оси Y температуру.

График функции: T = (q/λ)*X + T1 

Газобетон: T = 0,134*X - 28 ,  здесь отношение q/λ поделил на 1000, чтобы толщину откладывать в миллиметрах. Так удобнее.

Газобетон

Кирпичная кладка: T = 0,022*X - 28

Кирпич

Видно, что чем “теплее” материал, тем круче прямая графика, и тем меньше его требуется по толщине, чтобы сохранить разность температур.

Так как теплоемкость и теплопроводность однослойной стены одинакова по всей толщине стены, то средняя температура стены из газобетона и из кирпичной стены равна всего -3oC. Получается, меньше половины стены имеет температуру выше 0oC.

Теперь рассмотрим многослойную стену, состоящую из кирпичной кладки стены в полтора кирпича толщиной 380мм и слоя утеплителя из мин ваты. Рассчитаем, какой слой мин ваты нам потребуется для поддержки разности температур в 50oC при тепловом потоке в 15,24Вт/м2.

Формула усложнится:

q = (T2 - T1)/(Xк/λк + Xв/λв)

q  - тепловой поток;

Т1 — температура внешней стены;

Т2 — температура внутренней стены;

Xк – толщина стены из кирпича;

λк— коэффициент теплопроводности стены из кирпича;

Xв – толщина слоя мин ваты;

λв— коэффициент теплопроводности мин ваты;  

Вычислим толщину слоя мин ваты:

Xв = λв*((T2 - T1)/q -Xк/λк) = 0,04*(50/15,24 - 0,380/0,7) = 0.11 м

То есть слой мин ваты должен быть равен 11 сантиметрам.

Для каждого слоя построим графики роста температур со своими значениями, причем значение Т1 для «кирпичного» графика будет равно температуре Т2 на границе слоев.

Минвата и кирпич

Вычислим температуру на границе между мин ватой и кирпичной стеной: T = 0,11*15,24/0,004 - 28 = 14oC. Так теплоемкость слоя мин ваты пренебрежимо мала по сравнению теплоемкостью кирпичной стены, то средняя температура стены будет равна (22oC + 14oC)/2 =18oC. Только, используя сочетание теплоемкого слоя и слоя с малым коэффициентом теплопроводности, можно построить по-настоящему теплую стену! Такие стены не только позволят меньше тратить средств на отопление, но и сохранят накопленное в них тепло, а летом — прохладу. При аварии отопления у Вас будет несколько суток даже в самый лютый мороз, чтобы спокойно разобраться в проблеме. А если у вас однослойные стены каркасного дома, то от размораживания систем отопления и водопровода вас могут отделять всего несколько часов.

При постройке неоднослойных стен запомните два важных правила:

  1. Утеплять стену необходимо только снаружи.

  2. Коэффициенты паропроницаемости слоев должны увеличиваться от внутреннего слоя, который ближе к помещению, к внешнему.

Разберем эти правила подробней. Что произойдет, если их нарушить, и возможно ли их обойти.

 Утеплять стену необходимо только снаружи.

Если утеплить кирпичную стену изнутри, то вроде бы выполняем требования СНиП по теплосопротивлению стены, но весь теплоемкий слой у нас снаружи, и его средняя температура равна -24oC. Тепло в дом он отдавать не может, да и нечего ему отдавать. Получаем каркасный дом с супертолстой внешней кирпичной отделкой.

Неправильное утепление

Это еще не самая большая беда. У всех каменных материалов есть показатель морозостойкости, то есть количество циклов замораживания/ размораживания, которое может выдержать насыщенный водой материал без существенного изменения структуры (фактически — разрушения). Напомню, что в воздухе всегда присутствуют водяные пары. Чем ниже температура воздуха, тем меньше он может этих паров содержать. При охлаждении воздуха избыточная влага выпадает в виде тумана. А при охлаждении воздуха ниже 0oC на поверхностях образуется иней, что мы наблюдаем при заморозках. Влага, содержащаяся в стене, также замерзает в толще стены, а вода, превращаясь в лед, расширяется и разрушает материал. Для кирпича показатель морозостойкости обычно равен 35. При внутреннем утеплении вся кирпичная стена имеет почти уличную температуру и подвергается циклам размораживания/замораживания (переход через 0oC) ровно столько, сколько это происходит   на улице. В московском регионе оттепели сменяют морозы по нескольку раз за отопительный сезон. Конечно, не при всяком цикле размораживания/замораживания происходит разрушение стены, но если в стену попала вода, последствия не заставят себя долго ждать. Если же стена утеплена снаружи, то, как ранее мы убедились, весь ее несущий слой не подвергается циклам размораживания/замораживания вообще. Даже не утепленная ни снаружи, ни изнутри каменная стена   меньше подвергнута риску разрушения, так как только ее внешние слои замерзают и размораживаются.

Бывают случаи, когда утеплить снаружи уже невозможно. Например, когда утепляется лоджия или в других случаях при реконструкции, когда не хочется портить фасад здания. Что ж... Тогда утепляйте изнутри, но помните про второе правило.

   

Коэффициенты паропроницаемости слоев должны увеличиваться от внутреннего слоя к внешнему.

 

Сквозь стены дом покидает не только тепло, но и пары воды. Если стена однослойная, или коэффициенты паропроницаемости растут от внутреннего слоя к внешнему во многослойной стене, то пары свободно покидают дом. Если данный принцип нарушен, то на границе слоев конденсируется влага. Чем это грозит. Многие утеплители при повышенной влажности (та же мин вата) теряют свои теплосберегающие свойства. А если температура стены упадет ниже 0oC, то влага замерзнет — превратится в лед. Если материал стены подвержен разрушению при циклах размораживания/замораживания, то он гарантировано будет разрушаться. Из приведенных мной в таблице материалов, мин вата имеет коэффициент паропроницаемости больше, чем кирпичная кладка или газобетон. Поэтому утеплять изнутри кирпичную стену мин ватой нельзя, мин вата насытится влагой и перестанет сберегать тепло. Паропроницаемость экструзионного пенополистирола меньше, чем у всех материалов, он фактически не паропроницаем. Для наружного утепления, в общем случае, стен он не подходит! Замерзший конденсат в кирпичной стене будет ее разрушать. Для чего же нужен экструдированный пенополистирол и как его можно использовать? У него есть хорошее свойство - он не теряет своих теплоизолирующих свойств при намокании. Поэтому им утепляют фундаменты и отмостку.   А чтобы избежать разрушения несущего слоя, необходимо подобрать толщину утеплителя так, чтобы на границе слоев всегда было не менее 8oC. Точка росы при этом всегда будет в утеплителе. Рассчитаем минимальный слой экструзионного пенополистирола: X = (T2 - T1)* λ/q = (8 - (-28))*0,03/15,24 = 0,07м. Так как подвалы часто не отапливаются, тепловой поток меньше, смело утепляйте плитами толщиной 10см.

Вот один конкретный пример из практики. Ко мне обратился клиент за советом, стоит ли ему утеплять дом из газобетона 40см экструдированным пенополистиролом толщиной 5см.

Я провел ему расчет температур внутри стены.

Сначала я выяснил, какова должна быть мощность теплового потока. Ранее вычисленное значение нам не подходит, так как планируемые тепловые показатели стены сильно выше СНиП.

q = (T2 - T1)/(Xк/λк + Xв/λв) = 9,6Вт/м2

Вроде бы неплохо: получается реальная экономия на отоплении. Теперь поймем, какая температура будет на границе слоев: 

T = 0,05*9,6/0,003 - 28 = -12oC

При температуре  -12oC на границе слоев точка росы будет находиться в слое газобетона, что приведет преждевременному его разрушению. Клиенту я посоветовал отказаться от затеи дополнительного утепления газобетонных блоков, так как их ширина удовлетворяла требованиям СНиП, а уже закупленный пенополистирол пустить на утепление цоколя слоем не менее 10 см и отмостки. Либо, если все-таки очень хочется утеплить, повысить паропроницаемость, наделав в нем отверстий сверлом через каждые 10см, либо использовать утеплитель с паропроницаемостью большей, чем у газобетона. Клиент от идеи утепления стены экструзией отказался и утеплил стены минеральной ватой.


Подведем итоги статьи.


Есть три параметра строительных материалов, которые необходимо учитывать при возведении внешних стен:

  1. Теплопроводность;

  2. Теплоемкость;

  3. Паропроницаемость.

Сумма отношений толщин слоев/коэффициентов теплопроводности не должна быть меньше определенного значения для вашего региона. Коэффициенты теплопроводности должны уменьшаться от внутреннего (комнатного) слоя стены к внешнему(уличному). Самый теплоемкий слой без всяких воздушных зазоров (привет отделке из гипсокартона) должен соприкасаться с комнатным воздухом. Утеплять здание необходимо только снаружи. Так можно построить дом с действительно теплыми стенами. Коэффициенты паропроницаемости должны увеличиваться от внутреннего слоя к внешнему. Если, по каким-либо причинам используем утеплитель с коэффициентом паропроницаемости меньше, чем у основной стены, то расчет толщины утеплителя производить не из требований СНиП, а взять его с избытком, так чтобы точка росы всегда находилась в утеплителе.

В доме с однослойными стенами тепло. Трогаешь стену, и она теплая. Но при отключении отопления такая стена остывает прямо на глазах, потому что средняя температура ее не высока, всего -3oC. Напротив, температура двуслойной стены высока, почту всю тепловую энергию дом сохранил в своих теплоемких стенах. Таких домах тепло зимой и прохладно летом. Отключение отопления на пару суток, в доме с по-настоящему теплыми стенами можно и не почувствовать. 

Из чего строить — выбор за вами. Если не очень разбираетесь в строительстве, возводите однослойные стены. Большой трагедии не будет, основной показатель — это все-таки теплопроводность. Более опытны, умеете разбираться в сочетании различных параметров слоев, стройте многослойные стены. Они окупятся сторицей. 

Возврат к списку