Способы уменьшения теплопередачи через стенку

Влажность способствует повышению теплопроводности: сырой материал имеет больший коэффициент теплопроводности и обладает худшими теплозащитными характеристиками по сравнению с сухим. Это вызвано тем, что при увлажнении материала его поры заполняются водой, имеющей высокий коэффициент теплопроводности (приблизительно в 20 раз больший, чем воздух). Чем больше влаги впитывает материал, тем выше становится его теплопроводность.

Рис. 4.14. Сопротивление теплопередаче стены: 1 - теплообмен у внут-ренней поверхности стены; 2 - теплопередача через толщу ограждения; 3 - теплообмен у наружной поверхности стены; ct_B - коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м∙С); α_н - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для зимних условий, Вт/(м∙С).

Например, при повышении влажности кирпичной стены толщиной 0,5 м из обыкновенного глиняного кирпича с нормальной, равной 2%, до 8%, ее теплозащита ухудшается более чем на 30%. И если при температуре внутреннего воздуха +20°С и наружного -20°С на поверхности сухой стены температура составляет 14,4°С, то на сырой стене на 2,7°С ниже и равняется 11,7°С (рис. 4.14). Поэтому для теплозащиты домов очень важно, чтобы строительный материал, и в первую очередь утеплитель, был обязательно сухим, а конструкции наружных ограждений были сделаны с таким расчетом, чтобы в них не образовывался конденсат и не скапливалась влага, приводящая к ухудшению теплоизоляционной способности стен, окон, чердачных перекрытий, полов первого этажа.

На тепловые потери через ограждения наибольшие влияние оказывает их способность передавать теплоту, которое зависит от коэффициента теплопроводности и толщины материала. Чем меньше коэффициент теплопроводности и толще стена, тем больше ее термическое сопротивление и лучше ее теплозащитные свойства (см. рис. 4.14).

Кроме того, количество теряемой теплоты зависит от сопротивления теплообмену конвекцией и излучением у поверхности внутренней и наружной стен. Чем интенсивнее происходит теплообмен, тем больше теплоты теряется из помещения и передается внутренней поверхности конструкции или отдается поверхностью стены наружу, тем меньше сопротивление теплообмену и хуже теплозащита.

Таким образом, теплозащитная способность стены, ее сопротивление теплопередаче зависят от интенсивности передачи теплоты на трех участках (у внутренней поверхности, в толще ограждения, у наружной поверхности), каждый из которых имеет свое сопротивление. Общее сопротивление теплопередаче представляет собой их сумму.

 

Пример

Наружная стена длиной 4 м высотой 3 м состоит из кирпичной кладки толщиной 50 см (кладка в два кирпича, кирпич красный полнотелый на цементно-песчаном растворе). Слоем внутренней цементной штукатурки толщиной 1 см можно пренебречь. Коэффициент теплопроводности такой кладки λ = 0,8 м²∙С/Вт.

Коэффициент теплопередачи такой стены:

k = 1/(1/8,7 + 0,5/0,8 + 1/23) = 1,3 Вт/(м²∙С),

Тепловые потери через стену при разности температур 40^оС (на улице -20, в помещении +20):

Qт.п. = k∙F∙dt = 1,3∙(3∙4)∙40 = 624 Вт.

Теперь, если рассматриваемую стену утеплить с помощью минеральной ваты или стекловаты. Утепление с наружной стороны, толщина стекловаты 5 см, теплопроводность λ = 0,045 м∙С/Вт.

Коэффициент теплопередачи утепленной стены:

k = 1/(1/8,7 + 0,5/0,8 + 0,05/0,045 + 1/23) = 0,53 Вт/(м²∙С),

тепловые потери через утепленную стену:

Qт.п. = k∙F∙dt = 0,53∙(∙4)∙40 = 254 Вт.

Разница в тепловых потерях до утепления и после:

ΔQ т.п. = 624 - 254 = 370 Вт.

То есть утепление является очень эффективным способом снижения потерь теплоты. Поэтому можно сделать вывод, что правильно утеплив дом эффективными теплоизоляционными материалами, можно уменьшить потребление теплоты до двух раз и даже больше.

Каким образом можно достичь нужных показателей коэффициентов теплопередачи? Ниже приведен пример кирпичной однородной кирпичной стены с толщиной 25 см (см. рис. 4.15). Материал - полнотелый красный кирпич на цементно-песчаном растворе.

Как показано в этом примере, толщина теплоизоляции наружной стены, если возможно,  не должна быть менее 100 мм. Затраты на теплоизоляцию наружных стен складываются из стоимости материалов (теплоизоляция, штукатурные смеси, сетка, дюбели, декоративная отделка) и стоимость работ. Как показывает практика, разница в общих затратах при использовании теплоизоляции толщиной 50 мм и 100 мм будет около 10%, а по эффективности - отличаться в полтора раза.

Рис. 4.15. Пример утепления кирпичной однородной кирпичной стены,

имеющей до начала теплоизоляционных работ толщину 25 см.

Таблица 4.1.

Коэффициенты теплопередачи при разном утеплении кирпичной стены

	Коэффициент теплопередачи Вт/(м^2∙С)
Вид теплоизоляции	Толщина теплоизоляции, мм
	0	50	100	150
Пенопласт ПСБ-25, λ = 0,038 Вт/(м∙С)	2,2	0,56	0,32	0,23
Стекловата ISOVER OL-E, λ = 0,041 Вт/(м∙С)	2,2	0,59	0,34	0,24

Увеличение толщины теплоизоляции свыше 150 мм экономически не выгодно. Общая стоимость будет расти намного быстрее, чем эффект от экономии теплоты. Итак, оптимальной толщиной теплоизоляции при утеплении наружных стен (при применении теплоизоляции с коэффициентом теплопроводности λ ≤ 0,041 Вт/(м∙С))  - 100-150 мм.

Утепление с наружной стороны наиболее подходит для жилых домов, так как имеет ряд преимуществ:

- использование эффекта аккумулирования теплоты несущими конструкциями здания;

- вынос «точки росы» за пределы несущей конструкции;

- не уменьшается полезный объем помещения.

Наружные стены при этом можно утеплять с помощью пенополистирольных или жестких минераловатных (стекловатных) плит с дальнейшим оштукатуриванием и покрытием декоративным отделками. Этот способ очень распространен в настоящее время из-за высокой технологичности и дешевизны основного утеплителя - пенопласта. Но следует помнить, что у пенопласт имеет очень малое паропроницание. Поэтому помещения, утепленные с его применением, нужно тщательно проветривать и удалять лишнюю влагу, иначе она может конденсироваться в наиболее холодных местах - на оконных стеклах и в углах.