Стены



Изменение температуры
в однослойной стене

Изменение температуры в однослойной стене

Изменение температуры
в двухслойной стене

Изменение температуры в двухслойной стене

Стены любого здания можно по праву считать его важнейшим конструктивным элементом. Выбор материала стен, часто, является первым шагом в начале строительства дома. Стены устанавливают требования к остальным элементам конструкции - фундаментам, перекрытиям, и т.д. Поэтому, определится с материалом стен лучше еще до начала возведения фундамента. Поступая наоборот, часто при отсутствии проекта, многие допускают достаточно распространенную ошибку, исправить которую бывает не просто. Для правильного выбора материала и конструкции стен следует детально рассмотреть их свойства и характеристики.


Теплоизоляция стен

Существует два основных варианта конструкции наружных стен, обеспечивающих требуемую теплозащиту.

В первом случае необходимое сопротивление теплопередаче обеспечивает сам материал несущей стены за счет своей толщины. Такая стена является однослойной и не предполагает дополнительного утепления. Изменение температуры внутри такой стены (от наружной к внутренней) происходит равномерно.

Во втором случае стеновая конструкция представляет собой внутреннюю несущую стену, с наружной обшивкой эффективным теплоизоляционным материалом. Особенностью такой многослойной стены является разделение конструкционной и теплоизоляционной функции между разными материалами. В такой ситуации, наиболее эффективным и правильным является именно наружное расположение утеплителя. Несущая стена в этом случае не подвержена промерзанию, что повышает ее долговечность.

Внутреннее расположение утеплителя противопоказано для домов с постоянной эксплуатацией. Утеплитель расположенный изнутри, отсекает тепло, исходящее из помещения, и основная несущая стена оказывается в зоне отрицательных температур. В результате неблагоприятного режима эксплуатации, происходит ускоренный износ конструкций и сокращение срока службы всего строения.

Тем не менее, внутреннее утепление оправдано в постройках, требующих периодического быстрого прогрева помещения, к примеру, в банях. В крайнем случае, внутреннее утепление применяют, если наружное расположение утеплителя невозможно по каким либо причинам. В ситуации, когда теплоизоляционный слой располагается изнутри, со стороны помещения он обязательно должен быть защищен слоем пароизоляции.

Качество теплоизоляции стен зависит не только от расчетных теплоизоляционных параметров материалов, но и от их текущей влажности. Сопротивление теплопередаче влажного материала значительно ниже, чем у сухого. В связи с этим необходимы меры по обеспечению как можно более сухого режима эксплуатации не только стеновых, но и всех прочих ограждающих конструкций. Одной из причин увлажнения конструкций является конденсация водяных паров на поверхностях и в толще материалов при температуре точки росы.

В случае если стена снаружи штукатурится, то все слои наружной отделки, должны обеспечивать паропроницаемость не меньше, чем сам материал стены. В противном случае, сконденсированная внутри влага приведет к ускоренному разрушению стены и отслаиванию штукатурного слоя.

Теплопроводность материалов в сухом состоянии

Таблица теплопроводности материалов

Теплотехнический расчет стен

Пожалуй, самый распространенный вопрос при выборе материала и толщины стен - будет ли теплой данная конструкция. Ответить на этот вопрос гораздо проще, чем может показаться на первый взгляд, даже если речь идет о многослойной стене.

Каждый материал имеет свой коэффициент теплопроводности λ (лямбда) - Вт/(м2*С°), отражающий насколько интенсивно материал проводит тепло. Чем меньше значение коэффициента, тем меньше теплопроводность материала, соответственно стена из него будет утеплена лучше.

Следует отметить, что коэффициент теплопроводности зависит от текущей влажности материала. Если материал влажный, то его теплопроводность выше и наоборот. Поэтому реальный коэффициент теплопроводности в условиях естественной влажности выше, чем у материала в сухом состоянии. Строительные нормы определяют два режима эксплуатации - А и Б, которые зависят от климатической влажности региона строительства, и влажности в помещениях. А - режим нормальной влажности. Б - режим повышенной влажности. Теплопроводность материалов в режиме А примерно на 20-25% выше, по сравнению с его теплопроводностью в сухом состоянии. В режиме Б - примерно на 35-40%.

Каждая стена, в зависимости от толщины и материала из которого она сделана, обладает определенной теплоизоляционной способностью, которую называют сопротивлением теплопередаче R м2*С°/Вт. или термическим сопротивлением. Чем выше сопротивление теплопередаче (теплосопротивление) стен и прочих конструкций, тем лучше утеплен дом и меньше затраты на его отопление. Требуемое теплосопротивление R, которое должна иметь стена в каждом случае, зависит от региона котором идет строительство. Конкретное значение для каждого города, можно посмотреть в таблице расположенной ниже.

Теплосопротивление однослойной стены рассчитывается по простой формуле:

R = δ / λ

R - Теплосопротивление однослойной стены.
δ (дельта) - толщина слоя в метрах.
λ - коэффициент теплопроводности материала, из которого состоит слой.

Если стена состоит из нескольких слоев, то теплосопротивление каждого слоя рассчитывается отдельно, а полученные значения складываются:

R стены = R первого слоя + R второго слоя + R третьего слоя.

Теперь рассмотрим все это на примере. Допустим у нас есть стена, которая состоит из трех слоев - газобетонные блоки 30см, минераловатный утеплитель 10см, и кирпичная облицовка в полкирпича 12см. Коэффициенты теплопроводности этих материалов в сухом состоянии составляют -
газобетон - 0,14; утеплитель - 0,04; кирпич - 0,56.
В режиме эксплуатации А, эти коэффициенты составят примерно на 20-25% больше -
газобетон - 0,16; утеплитель - 0,045, кирпич - 0,7

Расчеты выглядят следующим образом:
R 1 - газобетона = 0,3м / 0,16 = 1,87
R 2 - утеплителя = 0,1м / 0,045 = 2,22
R 3 - кирпича = 0,12м / 0,7 = 0,17

Таким образом общее сопротивление теплопередаче данной стеновой конструкции в режиме эксплуатации А составит:

R стены = 1,87 + 2,22 + 0,17 = 4,26 м2*С°/Вт.

Не вдаваясь в расчеты отметим, что эта же стена в режиме эксплуатации Б обеспечит теплосопротивление 3,51 м2*С°/Вт. Сравнив полученные значения с табличными, можно принять решение о соответствии, той или иной конструкции требуемым нормам.

Расчетные сопротивления теплопередачи стен в регионах России

Сопротивление теплопередаче стен

Точка росы

График точки росы

График точки росы

Окружающий нас воздух всегда обладает определенной влажностью, то есть содержит какое-то количество водяного пара, измеряемое в процентах. Это количество называется относительной влажностью. Относительной она названа потому, что один и тот же объем воздуха может содержать разное максимальное количество водяных паров, в зависимости от температуры. То есть, чем теплее воздух, тем больше пара он может содержать. Максимальной величиной относительной влажности, является 100 процентов.

Если температура воздуха меняется, то меняется и его относительная влажность. При охлаждении воздуха влажность растет, а при нагревании уменьшается. Таким образом, если во время охлаждения воздух достигает влажности 100%, то начинается конденсация, содержащегося в нем водяного пара. Температура, при которой это происходит, называется точкой росы. Важно понимать, что температура точки росы всегда различна и зависит от исходного состояния воздуха, его влажности и температуры. Давление водяного пара внутри помещения, как правило, больше, чем снаружи, поэтому он стремится выйти сквозь стены на улицу.

Теперь рассмотрим описанный процесс в действии. К примеру, предположим, что у нас есть помещение с температурой воздуха в нем 20 °С и влажностью 50%. А снаружи помещения температура воздуха составляет -10 °С. Соответственно, внутри стены будет происходить плавное изменение температуры от 20 °С на внутренней плоскости стены до -10 °С на наружной стороне.(На самом деле температура поверхностей стен будет отличатся от температуры воздуха, с которым они соприкасаются, но мы упростили эту разницу для наглядности).

Воздух, проходя сквозь стену изнутри наружу, будет постепенно охлаждаться, вследствие чего, его относительная влажность будет повышаться. В какой-то момент, по мере прохождения сквозь стену, его температура опустится до температуры точки росы, а влажность вырастет до 100%. Для воздуха с исходными параметрами 20 °С и влажностью 50%, точка росы соответствует 9,3 °С. В толще стены, где меняющаяся температура принимает данное значение, будет происходить конденсация водяного пара.

Следует однако уточнить, что чрезмерная конденсация, которая грозит ускоренным разрушением стены, происходит лишь тогда, когда пар проходя через слои с одной паропроницаемостью, встречает на своем пути слой с меньшей паропроницаемостью. В этом случае давление пара перед этим слоем возрастает, конденсация происходит интенсивнее, а дальнейшее испарение влаги затруднено.

У однослойных стены обладающих равномерным паропроницанием, несмотря на внутреннее расположение точки росы, при невысокой влажности в помещении и на воздухе, конденсация незначительна. Если же стены эксплуатируются в условиях повышенной влажности помещений, то конденсация будет больше, а ее негативные последствия станут ощутимы.

У многослойных стен с наружным эффективным утеплителем, точка росы должна располагается внутри. Для защиты утеплителя от намокания, со стороны улицы, устраивают вентзазор, благодаря чему, конденсирующаяся влага вовремя испаряется.


Прочность стен

Стены домов возводятся из множества разнообразных материалов, каждый из которых обладает индивидуальными свойствами, в том числе имеют различную прочность. Под прочностью стен, обычно понимают максимальную нагрузку на сжатие, которую может выдержать материал без разрушения. Частное строительство является малоэтажным, и поэтому не предъявляет повышенных требований к прочности материалов по сравнению с многоэтажным. То есть абсолютное большинство материалов подходят для строительства индивидуального жилья. В тоже время, даже при строительстве одноэтажного дома, из материалов с малой прочностью, к числу которых относятся многие легкие бетоны, требуются дополнительные меры по усилению несущих стен, в виде армирования и устройства монолитных железобетонных поясов под перекрытиями и крышей.


Теплоёмкость стен

Чем больше теплоёмкость стен, тем больше времени нужно на их прогрев и остывание. В случае, если дом предназначен для постоянного проживания это будет играть положительную роль. Изменения температуры в помещении будут незначительны, несмотря на особенности работы отопления или перепады температуры окружающей среды. Если же дом предназначен для сезонного или временного пребывания, эффект может быть обратный. На нагрев может понадобиться значительное время.


Масса стен

Чем тяжелее материал стен, тем более высокие требования предъявляются к фундаменту. К примеру, строительство фундамента под тяжелые кирпичные стены обойдется дороже, чем фундамент тех же размеров под бревенчатый или легкий каркасный дом.