Теплосопротивление материалов - практические расчеты

Теплосопротивление — (R-value) характеристика ограждающего слоя (стены, перекрытия и пр.), показывающая, насколько данный материал сопротивляется потерям тепла. Теплосопротивление R и теплопроводность k — обратные величины, большое теплосопротивление означает, что слой сопротивляется потерям тепла и у него маленькая теплопроводность. Однако теплосопротивление учитывает еще и толщину конструкции

R = d / k (град/Вт), где d — это толщина слоя (в метрах), а k — теплопроводность (Вт*м/град).

Теплосопротивление — очень удобная величина, т.к.

  1. Легко посчитать, сколько тепла уходит через стены или перекрытия: Q = (площадь) * (разница температур) / R
  1. При многослойных стенах величины R нужно просто сложить: Rобщ = R1+R2+R3…

По современным стандартам для каждого региона РФ определены минимальные значения R для стен и перекрытий жилого дома. Например, для Московской области это: R-стен=3,0 град/Вт, R-пер=3,9 град/Вт, R-окон=0,5 град/Вт (СНиП 23-01-99).

Как практически использовать теплосопротивление

Домик для расчетовПосмотрим, сколько реально тепла будет терять ваш дом при соблюдении стандартов. Возьмем небольшой уютный 2-этажный домик размером 8,12х9,25 метров (см.рисунок). Будем считать, что температура внутри дома везде равна +20 градусов, снаружи -30 градусов, т.е. разница температур равна 50 градусов.

Посчитаем вначале самый простой вариант, где стены и перекрытия соответствуют госту, а потом учтем некоторые «хитрости».

Без окон без дверей, но по ГОСТам

Сначала мы не будем учитывать окна, двери и вентиляцию и будем считать, что тепло уходит только через стандартные стены и перекрытия.

Площадь всех внешних стен равна периметру, умноженному на высоту: S=34,75 x 5,54=192,5 кв.м. Площадь нижнего и верхнего перекрытий 2 х 75 = 150 кв.м.  Теплосопротивление берем по госту: R-стен=3,0; R-перекр=3,9. Потери тепла Qоб=(192,5/3+150/3,9)х50=102,63х50=5131 Вт. При -30 градусах на улице мощность отопительных приборов должна превышать 5 кВт. При цене 4 руб/кВт*час за 1 день мы потратим 492 рубля, а за месяц — аж 15000 рублей!

Люди, которые никогда не топили большой дом в лютые морозы, ужаснутся от этих цифр, те же, кто жил в плохо утепленных домах зимой, посмотрят на эти расчеты с оптимизмом и потребуют доказательств.

Будем оптимистами

Прежде всего -30 градусов С — температура, которая бывает не каждый год. Средняя месячная температура в Московской области показана в таблице:

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Год
Дмитров -10,4 -9,5 -4,4 4,3 11,5 15,7 17,5 15,7 10,3 4,0 -2,4 -7,2 3,8
Кашира -10,9 -9,8 -4,6 4,6 12,2 16,3 17,8 16,5 11,0 4,1 -2,3 -7,0 4,0
Москва -8,4 -7,8 -2,5 6,0 12,8 16,9 18,5 16,6 11,1 5,0 -1,6 -5,9 5,1

 

Сам город Москва теплее, чем область, поэтому лучше брать среднее между Дмитровым и Каширой. Усредняя и суммируя от мая по сентябрь, получаем за зиму:

   месяц    средн. темп разница с +20  Ср.мощность  кВт    кВт*час в месяц
сентябрь 10,6 9,4 0,96 695
октябрь 4,0 16,0 1,64 1222
ноябрь -2,4 22,4 2,30 1655
декабрь -7,1 27,1 2,78 2069
январь -10,7 30,7 3,15 2344
февраль -9,7 29,7 3,05 2048
март -4,5 24,5 2,51 1871
апрель 4,4 15,6 1,60 1153
май 11,8 8,2 0,84 626
ВСЕГО       13683

За 8 месяцев отопительного сезона мы потратим 4*13683=54732 рублей, в пересчете на 12 месяцев — 4560 руб/мес.
Для тех, кто думает, что это много, можно сказать, что деревянный дом со стенами толщиной 20 см (R=1,54) и перекрытиями, утепленными минватой толщиной 15 см (R=2,50+0,35+0,19=3,04) потребует на 70% больше, т.е. 92976 рублей/год или 7750 руб/мес.

Плохая новость: окна пожирают тепло

По стандарту окна должны иметь теплосопротивление 0,5, т.е. они теряют тепло в 6 раз больше, чем стены (в расчете на 1 кв.м). В нашем домике 10 больших окон (1,25х1,4), 3 маленьких (0,6х1,0) и входная дверь, всего 21,3 кв.м. Потери при -30 градусах: Qокон=(21,3/0,5)х50=2130 Вт. Если быть точным, то мы должны уменьшить площадь стен, но все равно получится 1775 Вт, т.е. окна и входная дверь увеличивают теплопотери еще на 35%.

Производители современных окон стараются улучшать конструкции для уменьшения потерь тепла. Некоторые утверждают, что их окна имеют теплосопротивление R=0,7 или даже 1,0 хотя независимые испытания у нас в России проводят редко.

Плохая и хорошая новость: вентиляция

Человек в процессе своей деятельности выделяет очень много вредных веществ. Даже когда он спит, он дышит и выделяет углекислый газ и еще около 400 вредных веществ. Когда он готовит еду, использует воду или занимается спортом, он загрязняет окружающую среду еще больше. Основная задача — выкинуть все это подальше, прежде всего воздух, заменив его на чистый.

При правильной вентиляции в нашем домике, если в нем живут 3 человека, потребуется заменять около 100 куб.м воздуха в час. Многие скажут, что нужно гораздо больше, но тут я готов поспорить. Удаляемый воздух уходит вместе с теплом, а новый воздух надо подогревать, а это при -30 градусах Qвент=100х50/2,98=1678 Вт, т.е еще 33% дополнительной мощности.

Где же тут хорошая новость, скажете вы. Их целых две. Первую я уже упомянул, нормы и принципы расчета вентиляции, принятые в СНиПах, безнадежно устарели, по ним вам пришлось бы тратить в 3-5 раз больше энергии на вентиляцию. Вторая новость: современные системы вентиляции умеют возвращать часть тепла, которая уходит с удаляемым воздухом (это называется рекуперация) и уменьшать мощность для нагрева воздуха в 2-4 раза.

Еще одна хорошая новость: СИП-панели

СИП-панели теплее, чем это требуется по ГОСТам, поэтому дома из них не нужно дополнительно утеплять. Рассмотрим тот же самый домик 8,12х9,25 метров, но сделанный из СИП-панелей. Обычно стены делают из панелей с толщиной утеплителя 150, а перекрытия — 200 мм. Кроме утеплителя каждая панель содержит 2 слоя OSB-фанеры толщиной 12 мм, которые также дают свой вклад в теплосопротивление. Коэффициент теплопроводности для ППС-утеплителя равен 0,041 Вт*м/град, для OSB — 0,18 Вт*м/град, поэтому Rстен=0,15/0,041+2х0,012/0,18=3,79, Rпер=0,2/0,041+2х0,012/0,18=5,01. Позже мы еще учтем отделку, которая увеличивает R и внутренний деревянный каркас, который уменьшает R. Площадь стен мы сразу возьмем за вычетом окон и наружной двери, а сами окна возьмем более теплыми с коэффициентом R=0,7. В результате при -30 градусах за окном мы получим:

Qстен = 50х(192,5-21,3)/3,79 = 50х45,17 = 2259 Вт (32%)

Qпер  = 50х2х75/5,01 = 50х29,94 = 1497 Вт (22%)

Qокон = 50х21,3/0,7 = 50х30,43 = 1521 Вт (22%)

Qвент = 50х100/2,98 = 50х33,56 = 1678 Вт (24%)

Qоб    = 50х139,1 = 6955 Вт (100%)

Мы можем видеть, что разница температур везде идет первым множителем, т.е. если за окном теплее, то и энергии надо тратить меньше — пропорционально этой разнице. Теперь мы можем вместо таблицы для стандартного дома без окон и дверей написать новую — для дома из СИП-панелей с окнами и вентиляцией:

   месяц    средн. темп разница с +20    кВт    кВт*час в месяц
сентябрь 10,6 9,4 1,31 941
октябрь 4,0 16,0 2,23 1656
ноябрь -2,4 22,4 3,12 2243
декабрь -7,1 27,1 3,77 2805
январь -10,7 30,7 4,27 3177
февраль -9,7 29,7 4,13 2776
март -4,5 24,5 3,41 2536
апрель 4,4 15,6 2,17 1562
май 11,8 8,2 1,14 849
ВСЕГО       18545

Если топить электричеством по цене 4 руб/Квт*час, получается 74180 руб. в год или 6180 руб/мес.

Дополнительные хитрости

Есть факторы, которые позволяют уменьшить теплопотери или затраты на отопление.

  • Внутренняя отделка стен 2-мя слоями гипсокартона не только повышает пожаробезопасность, но и увеличивает теплосопротивление, делая стены на 4% теплее. Еще больший эффект даст любая внешняя облицовка стен (даже без утеплителя).
  • Вентиляцию можно отключать в отсутствие жильцов.
  • Увеличение толщины СИП-стен на 50 мм делает стены на 24% теплее, но требует немного больше денег при строительстве.

Есть и факторы, которые увеличивают теплопотери:

  • Каркасная стена СИП-дома содержит внутри деревянные элементы, которые имеют более высокую теплопроводность. Это делает стены примерно на 9% холоднее.
  • Самым плохим фактором могут быть сквозняки в районе входной двери и тамбура, но это уже тема другой публикации.

Нет комментариев

Добавить комментарий:



Все комментарии проверяются перед публикацией. Оскорбления, нарушения законов РФ, а также комментарии не по теме, рекламные материалы и тексты, содержащие ссылки на другие сайты, удаляются. Обычно публикуются только комментарии и ответы по теме сайта, представляющие интерес для других читателей.