Расчет сопротивлений теплопередаче и паропроницанию стены Велокс
с утеплителем толщиной 100 мм в Московском регионе (зона влажности Б).
Табл. 1
Внешняя несущая стена ВЕЛОКС, толщина утеплителя (ПСБС) 0,10 м |
Материалы | Толщина (м) | Тепло- проводность (Вт/м0С) | Термо- сопротивл. (м2 0С/Вт) | Температура (0C) |
| -10,2 |
Коэф.теплоотдачи наружн.п. | | | 0,043 | -10,20 |
Штукатурка цем.-песч. | 0,015 | 0,87 | 0,017 | -9,74 |
Панель ВЕЛОКС WS35 | 0,035 | 0,195 | 0,179 | -9,56 |
ПСБ С35 | 0,100 | 0,05 | 2,000 | -7,65 |
Монолит. бетон | 0,150 | 1,86 | 0,081 | 13,66 |
Панель ВЕЛОКС WSD35 | 0,035 | 0,195 | 0,179 | 14,52 |
Штукатурка гипс-цем. | 0,015 | 0,8 | 0,032 | 16,43 |
Коэф.теплоотдачи внутр.п. | | | 0,115 | 16,77 |
| 18 |
Толщина стены, м | 0,35 | |
СОПРОТИВЛЕНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ СТЕНЫ | Rо (м2 0С/Вт) | 2,64 |
КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ k | (Вт/м2 0С) | 0,38 |
РАЗНОСТЬ ТЕМПЕРАТУР, 0T | | 28,20 |
ПЛОТНОСТЬ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА | (Вт/м2) | 10,654 |
Табл. 2
Внешняя несущая стена ВЕЛОКС, толщина утеплителя (ПСБС) 0,10 м |
Материалы | Т (0C) | Давл. нас.пара Е | Коэф. паропр. | Сопротивл. паропрониц. Rп | Упруг. пара e | Отн влажность |
| -10,2 | 1,91 | | | 1,65 | 86,00% |
Коэф.теплоотдачи наружн.п. | -10,20 | 1,91 | | | | |
Штукатурка цем.-песч. | -9,74 | 2,00 | 0,013 | 1,15 | условия января москов.регион |
Панель ВЕЛОКС WS35 | -9,56 | 2,03 | 0,014 | 2,50 |
ПСБ С35 |
-7,65 |
2,51 |
0,008 |
12,50 |
Монолит. Бетон |
13,65 |
11,31 |
0,004 |
37,50 |
Панель ВЕЛОКС WSD35 |
14,52 |
11,91 |
0,014 |
2,50 |
Шпатлевка гипс-цем. |
16,43 |
13,90 |
0,016 |
0,94 |
Коэф.теплоотдачи внутр.п. |
16,77 |
14,26 |
|
|
|
|
|
18 |
15,48 |
|
57,09 |
8,514 |
55,00% |
Толщина стены, м |
0,35 |
|
СОПРОТИВЛЕНИЕ ПАРОПРОНИЦАНИЮ, Rп |
57,09 |
Сравнение теплоизолирующих свойств наиболее распространенных ограждающих конструкций в малоэтажном строительстве
В соответствии со СНиП 23-02-2003, сопротивление теплопередаче для Москвы согласно предписывающему подходу должно быть не менее: Rreq=3,13 м2 0С/Вт, (4 943 градусо-суток отопительного периода), допустимое сопротивление теплопередаче стен при потребительском подходе не менее: Rmin= 1,97 м2 0С/Вт.
Сопротивление теплопередаче стены должно удовлетворять условиям: Rreq>=R0>= Rmin
Конструкция наружной стены |
Толщина, мм |
R0 м2 0С/Вт |
Соответствие СНИП |
Стена Велокс WS-EPS135мм-Бетон150мм-WS35, штукатурка 15 мм с обеих сторон |
350 |
2,64 |
Соответствует (потреб.подход) |
Пластбау опалубка ПСБС 2х50 мм+Бетон 150 мм, штукатурка 20 мм с наружной стороны+ ГКЛ 2x12,5мм+шпатлевка 10 мм |
305 |
2,47 |
Соответствует (потреб.подход) |
Газосиликатные блоки (автоклав) D500 300мм, отделка в полкирпича 120 мм, внутри штукатурка 20 мм |
440 |
1,84 |
Не соответствует |
Пенобетонные блоки D600 300мм, отделка в полкирпича 120 мм, внутри штукатурка 20 мм |
440 |
1,5 |
Не соответствует |
Арболит D600 300 мм, штукатурка 20 мм с обеих сторон |
340 |
1,51 |
Не соответствует |
Деревянный брус 150мм, внутри вагонка 12,5мм, снаружи виниловый сайдинг 1,2 мм |
164 |
1,2 |
Не соответствует |
Расчеты сделаны в соответствии с Приложением Д свода правил СП 23-101-2004 для зоны влажности Б.
При использовании элемента WS-EPS 160 (ПСБ С толщиной 125 мм) стена Велокс отвечает условию предписывающего подхода: R0 = 3,14 м2 0С/Вт > Rreq . В реальности используется утеплитель толщиной 130 мм (кратно 10 мм) и сопротивление теплопередаче стены Велокс (WS-EPS 165-Бетон 150-WS35) R0 = 3,24 м2 0С/Вт. Отметим, что разница в стоимости 1 м2 такой стены Велокс будет составлять не более 150 руб. в сравнении со стеной с утеплителем 100 мм.
Для сравнения: при утеплении 1 м2 стены из газо-, пенобетонных или арболитовых блоков до требуемого значения Rreq только минеральные плиты Роквул Венти Баттс толщиной 50-100 мм обойдутся дороже 400-700 рублей, а утепление деревянных стен плитой 130 мм - дороже 900 рублей! Кроме утеплителя необходимо дополнительно установить несущий каркас, использовать ветрозащитную и парозащитную пленки, ну и, естественно, заплатить за работу строителям.
Другая важнейшая тепловая характеристика стен: теплоемкость
При печном отоплении или в случае периодических отключений электрического или газового отопления (что характерно для загородных домов) время остывания помещений обратно пропорционально теплоемкости стен и существенно зависит от конструкции стены.
Оценим количество тепла 1 м2 стены, идущего на поддержание температуры в помещении (при изменении Т стены на 1 0С):
Конструкция наружной стены |
Толщина, мм |
Количество тепла, кДж |
Стена Велокс WS-EPS135мм-Бетон150мм-WS35, штукатурка 15 мм с обеих сторон |
350 |
368 |
Пластбау ПСБС 2х50 мм+Бетон 150 мм, штукатурка 20 мм с наружной стороны+ ГКЛ 2x12,5мм+шпатлевка 10 мм |
318 |
182 |
Газосиликатные блоки (автоклав) D500 300мм, отделка в полкирпича 120 мм, внутри штукатурка 20 мм |
440 |
92 |
Пенобетонные блоки D600 300мм, отделка в полкирпича 120 мм, внутри штукатурка 20 мм |
440 |
104 |
Арболит D600 300 мм, штукатурка 20 мм с обеих сторон |
340 |
207 |
Деревянный брус 150мм, внутри вагонка 12,5мм, снаружи виниловый сайдинг 1,2 мм |
164 |
93 |
Расчеты сделаны на основании значений удельных теплоемкостей материалов из Прил.3 СНиП II-3-79
Теплоемкость стен важна также для поддержания постоянной температуры в помещении при суточных изменениях наружной температуры, кроме того, для поддержания постоянной температуры в помещении (эффект: "в жару прохладно, в холод тепло").
Чтобы накопленное в стенах тепло шло на поддержание среднесуточной температуры в помещении необходимо кроме высокой теплоемкости стен выполнение еще одного условия: утеплитель должен находиться в наружном слое стены. Эти два условия: высокая теплоемкость и положение утеплителя в наружном слое соблюдаются в стенах, выполненных по технологии ВЕЛОКС (VELOX).
Ниже представлены графики суточных изменений температур наружной и внутренней поверхностей стен ВЕЛОКС (VELOX):
Температура наружной поверхности стены меняется в соответствии с изменением солнечной энергии: с восходом солнца температура увеличивается, достигая максимума к 16 часам, и падает ночью до минимума к 4 часам утра.
За счет высокой теплоемкости стен ВЕЛОКС (VELOX) амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности стены значительно меньше и, кроме того, наблюдается разность фаз колебания температур.
Именно за счет разности фаз в помещении возникает ощущение прохлады, когда на улице жарко (то есть с 10-00 до 16-00) и ощущение тепла, когда холодно (то есть с 22-00 до 04 -00).
Конструкция стены ВЕЛОКС (VELOX) обеспечивает постоянную среднесуточную температуру в помещении и создает ощущение комфорта также за счет того, что температура внутренней поверхности стены отличается от температуры воздуха внутри помещения всего на 2 0С.
Рассмотрим подробнее механизм накопления и возврата тепла в помещение нагретыми стенами:
При остывании отдает тепло внутрь помещения |
При остывании отдает тепло наружу |
Влажностный режим наружных стен Velox (Велокс)
Рассчитаем влажностный режим в стене Велокс с утеплителем 100 мм в соответствии с процедурой, описанной в пособии К.Ф.Фокина "Строительная теплотехника ограждающих частей здания" для стационарных условий диффузии водяного пара.
|
Стена WS-EPS135-Бетон150-WS35
Нормативные условия января для Москвы:
Внутри помещения: +18 0С, ф = 55%,
e = 8,51 мм рт.ст.
(+18 0С - минимальная допустимая внутренняя температура жилого помещения)
Снаружи: -10,43 0С, ф = 86%,
e = 1,65 мм рт.ст.
E(x) - кривая изменения упругости
насыщенного пара
e(x) - прямая изменения упругости
|
"Зона конденсации" находится в наружной плите WS 35 и имеет толщину всего 0,5 см.
Несущее бетонное ядро и утеплитель в течение всей зимы находятся в благоприятном влажностном режиме.
Количество пара, поступающего в "зону конденсации": P1= (8,51-2,63)/53,44 = 0,11 г/м2 ч
Количество выходящего пара: P2 = (1,95-1,65)/3,65 = 0,09 г/м2 ч
Количество пара, конденсирующего в стене: P1-P2 = 0,02 г/м2 ч
За сутки в наружной плите WS35 накопится 0,02*24 = 0,48 г
За 3 холодных зимних месяца накопится 43,2 г воды, влажность плиты Велокс WS35 увеличится всего на 0,18%.
Для сравнения рассчитаем влажностный режим в стене из пенобетонных блоков D600 с отделкой в полкирпича, внутри - штукатурка 20 мм, при тех же нормативных условиях:
"Зона конденсации" находится в кирпичной кладке и имеет толщину примерно 3 см.
Количество пара, поступающее в зону конденсации:
Р1 = (8,51-2,25)/(0,2+1,76+0,2)=2,9 г/м2 ч
Выходящее из зоны конденсации количество пара: P2 = (1,9-1,65)/0,8 = 0,31 г/м2 ч
Количество конденсируемого пара: P1 - P2 = 2,6 г/м2 ч
За сутки накопится 62,4 г, а за 3 холодных месяца в 1 м2 кладки в полкирпича может конденсироваться до 5,6 кг воды. В сравнении со стеной Велокс количество конденсата увеличилось в 130 раз! По этой причине добавим с внутренней стороны стены пароизоляционную пленку, например толстый и герметичный рубероид (сопротивление проницанию 8,3). В этом случае количество конденсата Р = (8,51-2,25)/10,46 - 0,31 = 0,29 г/м2 ч, за сутки накопится 7 г, за 3 холодных месяца 0,63 кг влаги. Даже с плотной пароизоляционной пленкой (типа рубероид) количество конденсата в стене из пеноблоков в 14,6 раза больше, чем в стене Велокс!
Вывод: стены из блоков необходимо защищать пароизоляционными материалами. Дома из пеноблоков необходимо хорошо протапливать зимой и не допускать резкого снижения температуры в помещении.
В заключение исследуем теплотехнические характеристики стены по каркасной технологии, например, истинно канадской Viceroy Homes (http://www.viceroyhomes.ru/).
Наружная стена Viceroy состоит из двух плит OSB с утеплителем между ними из стекловолокна.
Рассчитаем сопротивление теплопередаче, теплоемкость и влажностный режим такой стены.
Наружная несущая стена Viceroy, утеплитель (Стекловолокно) 0,15 м |
Материалы |
Толщина (м) |
Тепло- проводность (Вт/м0C) |
Термо- сопротивл. (м2 0C/Вт) |
Температура (0C) |
|
-10,2 |
Коэф.теплоотдачи наружн. |
|
|
0,043 |
-10,20 |
Панель OSB |
0,012 |
0,192 |
0,063 |
-9,75 |
Плиты из стеклянного волокна |
0,150 |
0,064 |
2,344 |
-9,09 |
Панель OSB |
0,012 |
0,192 |
0,063 |
15,51 |
ГКЛ |
0,013 |
0,21 |
0,060 |
16,17 |
Коэф.теплоотдачи внутр. |
|
|
0,115 |
16,79 |
|
18 |
Толщина стены, м |
0,19 |
|
СОПРОТИВЛЕНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ СТЕНЫ Ro (м2 0C/Вт) |
2,69 |
КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ k (Вт/м2 0C) |
0,37 |
РАЗНОСТЬ ТЕМПЕРАТУР, 0T |
28,20 |
ПЛОТНОСТЬ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА (Вт/м2 ) |
10,498 |
СОПРОТИВЛЕНИЕ ПАРОПРОНИЦАНИЮ |
9,92 |
Сопротивление теплопередаче R0 = 2,69 м2 0С/Вт неплохое, практически как у стены Велокс с утеплителем ПСБС толщиной 0,1 м, и соответствует потребительскому подходу R0>= Rmin однако меньше Rreq=3,13 м2 0С/Вт требуемое по СНиП 23-02-2003, согласно предписывающему подходу. В нашей таблице сравнения сопротивлений теплопередаче канадская технология заняла бы вместе со стеной Велокс с утеплителем 100 мм первое место.
Оценим количество тепла 1 м2 стены, идущего на поддержание температуры в помещении (при изменении Т стены на 1 0С): 29,6 кДж/м2 0С. А вот здесь беда! Собственно, это было понятно и без расчетов, ничего теплоемкого, кроме внутреннего листа ГКЛ в стене нет - однозначно последнее место в таблице сравнения теплоемкостей. Хуже стены Велокс в 12,4 раза!
Отсюда вывод: дома по канадской технологии лучше строить в Канаде, США и в других странах с хорошо развитой инфраструктурой. В России, особенно в глубинке даже магистральный газ каждую зиму не по разу отключают, в таких домах при периодическом обогреве сохранить тепло невозможно!
Теперь рассчитаем влажностный режим стены: две плиты OSB 2х12мм, стекловолокно 150 мм, снаружи сайдинг, изнутри лист гипсокартона 13 мм.
Расчетная "зона конденсации" расположена на границе между утеплителем и плитой OSB. Толщина "зоны" 0,5 см.
Сопротивление паропроницанию стены без пароизоляционной пленки очень низкое, всего 1,62.
Количество водяного пара, поступающего в "зону конденсации": Р1 = (8,51-2,08)/1,02 = 6,3 г/м2 ч.
Количество водяного пара, выходящего из "зоны": Р2 = (1,97- 1,91)/0,6 = 0,1 г/м2 ч
Количество конденсируемого пара Р=Р1-Р2 =6,3 г/м2 ч, за сутки накопится в 1 кв.м стены 151,2 г
(очень много!). Повышаем сопротивление паропроницанию слоем рубероида (Rп=8,3) на внутренней поверхности стены, тогда Р1 = (8,51-2,08)/9,92 = 0,65 г/м2 ч, Р = 0,54 г/м2 ч, за сутки 15,6 г, за 3 холодных месяца 1,4 кг.
Даже с пароизоляцией, количество конденсата в "канадской" стене выше, чем у Велокс в 30 раз! Однозначно самое последнее место среди 3 исследуемых нами технологий!
Вывод: Внутреннюю поверхность стены необходимо тщательно пароизолировать, лучше двойной плотной пароизоляционной пленкой. Дома, построенные по канадской технологии, необходимо постоянно отапливать, лучше иметь централизованное отопление, причем в холодные месяцы поддерживать высокую температуру в помещении (не менее 22 0С). Эта технология плохо подходит для круглогодичного проживания с печным или электрическим отоплением, поскольку зимой электричество часто и надолго отключается.
Скажем также несколько слов об экологических проблемах плит OSB.
По мнению В.В. МАЛЬЦЕВА, зам. ген. директора по науке ОАО "Гипролеспром", д.х.н., академика РАЕН:
Первые плиты OSB появились в нашей стране в 1986 году. На одном из предприятий Белорусской ССР был организован первый советский цех по выпуску ориентированно-стружечных плит. Но в конце 80-х годов прошлого века, после скандала, связанного с отравлением людей формальдегидом, эти плиты в СССР были запрещены к применению в строительстве. Запрещение исходило от Минздрава СССР, а представление к запрету сделал "Междуведомственный комитет по санитарно-гигиенической регламентации применения полимерных материалов в строительстве и на транспорте". Этот запрет действителен и в настоящее время.
В соответствии с технологией производства плит ОSВ для внутреннего и внешнего слоев чаще всего используют разные типы смол. Причем для наружного слоя используется клеевая смесь на основе карбамидно-формальдегидной или меламиноформальдегидной смолы, в то время для внутреннего слоя используется мочевиноформальдегидная смола, но может применяться и фенолформальдегидная смола. Мочевиноформальдегидная смола в части хорошей адгезии с деревом и их низкой стоимости, является в настоящее самым востребованным продуктом для деревообрабатывающей промышленности. Концентрация смол составляет от 12 до 14% массовых от исходной композиции. Все эти смолы имеют высокую токсичность. Но если три первых вида смол при использовании в готовых плитах ДСП и OSB выделяют в воздух помещений формальдегид и метанол, которые относятся к высокотоксичным веществам и присутствуют в воздухе помещений в концентрациях, значительно превышающих предельно-допустимые концентрации среднесуточные для атмосферного воздуха и воздуха помещений (ПДКсс всего 0,003 мг/куб.м)), то фенолформальдегидная смола выделяет еще и фенол.
Источники и причины выделения формальдегида из OSB-плиты и его токсическое действие на организм человека подробно расписаны в документе.
Полная версия: http://www.ecrushim.ru/documents/osb.php
О рекламе "дышащих" стен.
Некоторые производители стройматериалов для продвижения продукции используют понятие "дышащие" стены. Например, рекламный слоган производителей арболита: "Не бетонная коробка, а дышащая стена!". Сказано сильно, давайте разбираться.
Если понимать свойства "дышащий", как имеющий хорошее воздухопроницание, то давайте позавидуем нищим в Африке или Латинской Америке! Они живут в идеально экологичных и дышащих домах из картонных коробок. Воздухопроницание классное, во все щели свищет. Если же серьезно подходить к вопросу, посмотрим, что об этом говорит строительная физика: на первый взгляд воздухопроницание стены свойство положительное, поскольку обеспечивает естественную вентиляцию помещения. Однако инфильтрация наружного воздуха существенно увеличивает потери тепла, а эксфильтрация внутреннего воздуха приводит к накоплению и конденсации влаги в стене.
Фильтрация воздуха через наружные стены вызваны двумя причинами: наличием теплового напора (разницей температур и, соответственно, давлений наружного и внутреннего воздуха) и ветрового напора (избыточное давление на одной стороне и разрежение воздуха на другой).
Если ветровой напор приводит к равномерной фильтрации воздуха по площади стены ("стены продувает"), то тепловой напор - к неравномерной: у пола - инфильтрация ("дует по ногам"), у потолка - эксфильтрация, как на схеме из пособия К.Ф.Фокина "Строительная теплотехника ограждающих частей зданий".
Если стены дома хорошо "дышат" (то есть имеют высокое воздухопроницание) в помещении наблюдается крайний дискомфорт ("ветер гуляет") и внутренняя температура быстро падает. Кроме того, накапливаемая в результате эксфильтрации влага быстро разрушает стену ("плесень под потолком", разрушение несущего и отделочного слоев снаружи).
По этой причине СНиП определяют, что сопротивление воздухопроницанию ограждающей конструкции, за исключением проемов, должно быть не менее требуемого сопротивления Rтр и устанавливают минимальную воздухопроницаемость для разных конструкций (G). Например, для наружных стен и перекрытий жилых зданий G бльше или = 0,5 кг/м2ч и чем меньше, тем лучше.
Все четко и никаких "дышащих" свойств!
Излишне говорить, что стены Велокс соответствуют требованиям СНиП и по этому параметру, поскольку монолитный бетон (без швов) имеет высокое сопротивление воздухопроницанию.
Вентиляция дома или квартиры осуществляется за счет современных конструкций окон (приточная) и вентиляционных каналов (вытяжная) или кондиционирования помещений. Стены же должны выполнять свое дело: иметь хорошие несущие, ограждающие и изолирующие свойства.
Некоторые строители говорят, что "дышащие стены" это стены с хорошей паропроницаемостью: влага через стены уходит наружу. Опять обратимся к строительной теплотехнике, и опять наука утверждает совершенно противоположное: чем больше влаги проходит в стену, тем хуже! Дело в том, что в стене имеется некоторая точка (правильнее плоскость) в которой упругость водяного пара в стене сравнивается с упругостью насыщенного пара - "точка росы" (при наружных отрицательных температурах). В этой плоскости конденсируется влага, и чем больше пара пройдет в стену, тем больше влаги конденсируется. Намокание стены сильно уменьшает ее термоизолирующие свойства, при замерзании конденсат постепенно разрушает стену. СНиП задают определенное минимальное сопротивление паропроницанию стен. Примеры расчета зоны конденсации и количества конденсируемой влаги в разделе "Влажностный режим наружных стен Велокс".