Рассчитываем толщину пенопласта для утепления стен

В ходе расчета удается определить оптимальную толщину утеплителя, которая поможет сделать дом теплым и при этом не переплатить за избыточные размеры теплоизоляции, не нужные в вашем случае. В ходе расчета учитывается регион строительства, поскольку от него зависит климат, который и определяет то, насколько теплым должен быть дом. В статье приводим краткую инструкцию по тому, как выполнить теплотехнических расчет.

Шаг 1 — определить состав стены

Искомая толщина утеплителя в первую очередь зависит от того, из какого материала будут возводиться стены. Для газоблоков, кирпича и других стройматериалов будет требоваться разная толщина теплоизоляции, поскольку они различаются по теплопроводности. Чем хуже материал проводит тепло, тем более тонкий ему необходим слой утеплителя.

В качестве примера рассмотрим кирпичную стену, утепленную пенопластом. Здесь будут следующие слои в направлении изнутри наружу:

• Керамический кирпич: толщина β = 240 мм (стена в 2 кирпича), коэффициент теплопроводности λ = 0,6 Вт/м²⸱°С.
• Пенопласт: β неизвестна (искомая величина), λ = 0,0,35 Вт/м²⸱°С.
• Полимерная штукатурка: β = 30 мм, λ = 1 Вт/м²⸱°С.

Полезно знать! Можно использовать специальную утепляющую штукатурку с коэффициентом теплопроводности 0,2 Вт/м²⸱°С. Тогда слой утеплителя может быть менее толстым.

Структура стены для примера теплотехнического расчета

Шаг 2 — найти требуемое сопротивление теплопередаче

Любая ограждающая конструкция, в том числе стена, должна обеспечивать Rтр — минимальное значение сопротивления теплопередаче, при котором в жилом помещении будет оптимальная температура (18 °C). Учитывая это, мы можем приравнять фактическое R стены и Rтр. Из этого равенства и можно будет найти искомую толщину любого утеплителя, не только пенопласта.

Значение Rтр можно определить, пользуясь справочными данными. Оно зависит от ГСОП — градусо-суток отопительного периода, которое определяют по следующей формуле:

(tв – tср) ⸱ z,

где tв — та самая минимальная температура в жилом помещении, составляющая 18°C, tср — средняя температура, наблюдаемая на улице в течение отопительного периода, z — его продолжительность в днях (приравнивается к числу дней, в которые температура на улице находится на уровне менее +8 °C). В таблице ниже приведены примеры tср и z для разных городов — эти справочные данные легко найти и в интернете.

Таблица с продолжительностью отопительного периода и средней температурой за сезон отопления

Если мы возьмем в качестве места строительства город Москву, то tср будет равно –3,1 °C, а z — 214 суток. Отсюда вычисляем ГСОП:

ГСОП = (18 – (–3,1) ⸱ 214 = 4500 °C⸱сут./год.

Берем это значение и смотрим таблицу 3 СП 50.13330.2012, по которой определяется базовое значение Rтр.

Таблица 3 СП 50.13330.2012

Находим ближайшие к 4500 значения и с помощью пропорции вычисляем конкретное Rтр:

4000/2,8 = 4500/x, откуда x = 4500⸱2,8/4000 = 3,15 м²⸱°С/Вт.

Rтр равно 3,15 м²⸱°С/Вт — именно такое сопротивление теплопередаче должна иметь наша кирпичная стена, утепленная пенопластом, при строительстве дома в Москве.

Шаг 3 — рассчитать толщину пенопласта

Осталось вычислить конкретную толщину пенопласта, нужного для утепления стены из нашего примера. Это можно сделать, используя формулу вычисления любого R (не требуемого, а обычного сопротивления теплопередаче):

R = β/λ + Rв + Rсн,

где β — толщина материала (м), λ — коэффициент теплопроводности (Вт/м²⸱°С), Rв + Rсн — сопротивление теплопередаче пристенного воздуха внутри и снаружи (по справочным данным сумма принимается равной 0,16 Вт/м²⸱°С.

Поскольку стена состоит из нескольких слоев, то при вычислении R нужно это учитывать. В таком случае формула примет следующий вид:

R = βк/λк + βп/λп + βш/λш + Rв + Rсн,

где βк и λк, βп и λп, βш и λш — это толщина и коэффициент теплопроводности кирпича, пенопласта и штукатурки соответственно. Из всех этих данных неизвестна только толщина пенопласта — ее мы найдем из формулы и исходя из того, что R должно быть равно Rтр, которое мы определили выше. Остальные значения известны:

• βк = 0,24 м, λк = 0,6 Вт/м²⸱°С;
• βп неизвестна, λп = 0,035 Вт/м²⸱°С;
• βш = 0,03 м, λш = 1 Вт/м²⸱°С.

Формула примет следующий вид:

R = 0,24/0,6 + βп/0,035 + 0,03/1 + 0,16 = Rтр = 3,15 Вт/м²⸱°С.

Тогда βп будет равно:

βп = (3,15 – 0,24/0,6 – 0,03/1 – 0,16) ⸱ 0,035 = 0,0896 м или 9 см.

Получается, что для утепления стены в 2 кирпича, которая будет отделана штукатуркой, понадобится пенопласт толщиной минимум 9 см. Это соответствует средним значениям, принятым в качестве универсальных для центральной части страны — 10-15 см. Если вместо обычной вы еще и используете утепляющую штукатурку с λ = 0,2 Вт/м²⸱°С, то толщина утеплителя чуть уменьшится и составит 8,5 см. Но учитывая, что пенопласт продается в виде плит толщиной 20, 30, 40, 50 и 100 мм, с высокой вероятностью в обоих случаях для утепления будет рационально взять именно плиты 100 мм, которые обеспечат требуемое сопротивление теплопередаче.