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.
- Легко посчитать, сколько тепла уходит через стены или перекрытия: Q = (площадь) * (разница температур) / R
- 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
Посмотрим, 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.