На уровень комфорта проживания в доме влияет внутренний микроклимат, который формируют два основных показателя — влажность и температурный режим. Второй параметр зависит от теплопроводности строительных материалов и толщины стен. На этапе проектирования дома важно провести точные расчеты, которые позволят оценить энергоэффективность объекта. Материалы имеют разные коэффициенты теплопроводности, что отражается на экономичности отопления.
Механизм проведения тепла материалом
В соответствии с законами физики тепло от нагретой поверхности или области всегда стремится к холодному объекту. Отдача энергии может происходить с разной скоростью, которая оценивается в ходе испытаний. Для отражения уровня проведения тепла конкретных материалов используются следующие показатели:
- Коэффициент теплопроводности. Для оценки показателя в ходе экспериментов используется фрагмент материала 1×1 м. В течение часа производится воздействие источника тепла при условии разницы температур двух поверхностей в 1℃. Единица измерения полученного показателя — Вт/м°C. Чем ниже цифра, тем меньше тепла отдает поверхность. Материалы с параметром ниже 0,175 относятся к категории изоляционных. Современные технологии позволяют производить высокотехнологичные решения с показателем менее 0,05. Чем выше показатель, тем ниже теплозащита конструкции.
- Тепловое сопротивление. Величина отражает способность слоя препятствовать движению молекул. Тепловое сопротивление рассчитывается как отношение толщины рассматриваемой поверхности к коэффициенту. При испытании многослойных образцов показатели суммируются.
Чтобы рассчитать энергоэффективность строительного материала для стен, используются таблицы теплопроводности и сопротивления, которые регулирует ГОСТ 30290-94.
Влияющие на теплопроводность факторы
Различие в теплопроводности строительных материалов обусловлено структурными особенностями, которые влияют на физические свойства. Важнейшими факторами являются:
- Пористость. При неоднородном строении внутри материала присутствуют полости, заполненные воздухом. Перемещающиеся массы тепла в таких структурах теряют минимум энергии. Чем пористее строительный материал, тем ниже теплопроводность и выше сопротивление.
- Плотность. Чем более тесная взаимосвязь частиц материала, тем больше проводимость тепла. Уравновешивание энергетического баланса в плотных структурах происходит быстрее.
- Влажность. Присутствие влаги в строительном материале ускоряет отдачу тепла и снижает сопротивление. Для строительства энергоэффективного объекта важно использовать инертные к намоканию решения или дополнять конструкции гидроизоляционной прослойкой.
На коэффициент теплопроводности влияет направление потока тепла, размерность кристаллов структуры материала. Показатель зависит от фазового состояния вещества, толщины слоя. Огромное влияние на теплотехнические свойства оказывает температура и влажность внешней среды, давление.
Методы измерения теплопроводности
Методики, использующиеся для расчета теплопроводности строительных материалов, можно разделить на две группы. Измерения в стационарном режиме подразумевают работу со стабильными параметрами в широком диапазоне температур от 20 до 700℃. Допускается незначительное изменение показателей. Методика обеспечивает наиболее точный расчет коэффициента теплопроводности.
Другая технология является упрощенным вариантом, требующим меньше времени. Режим нестационарных измерений применяется для материалов в производственном секторе. Позволяет выполнить расчеты в узком температурном диапазоне в течение 10-30 минут.
Таблица теплопроводности строительных материалов
На сегодняшний день для большинства строительных материалов рассчитаны нормативные показатели теплопроводности. Нет смысла перепроверять широко используемые при возведении стен решения. В таблице теплопроводности представлены показатели, полученные при неоднократных испытаниях.
| Название материала, плотность | Коэффициент теплопроводности | ||
|---|---|---|---|
| в сухом состоянии | при нормальной влажности | при повышенной влажности | |
| ЦПР (цементно-песчаный раствор) | 0,58 | 0,76 | 0,93 |
| Известково-песчаный раствор | 0,47 | 0,7 | 0,81 |
| Гипсовая штукатурка | 0,25 | ||
| Пенобетон, газобетон на цементе, 600 кг/м3 | 0,14 | 0,22 | 0,26 |
| Пенобетон, газобетон на цементе, 800 кг/м3 | 0,21 | 0,33 | 0,37 |
| Пенобетон, газобетон на цементе, 1000 кг/м3 | 0,29 | 0,38 | 0,43 |
| Пенобетон, газобетон на извести, 600 кг/м3 | 0,15 | 0,28 | 0,34 |
| Пенобетон, газобетон на извести, 800 кг/м3 | 0,23 | 0,39 | 0,45 |
| Пенобетон, газобетон на извести, 1000 кг/м3 | 0,31 | 0,48 | 0,55 |
| Оконное стекло | 0,76 | ||
| Арболит | 0,07-0,17 | ||
| Бетон с природным щебнем, 2400 кг/м3 | 1,51 | ||
| Легкий бетон с природной пемзой, 500-1200 кг/м3 | 0,15-0,44 | ||
| Бетон на гранулированных шлаках, 1200-1800 кг/м3 | 0,35-0,58 | ||
| Бетон на котельном шлаке, 1400 кг/м3 | 0,56 | ||
| Бетон на каменном щебне, 2200-2500 кг/м3 | 0,9-1,5 | ||
| Бетон на топливном шлаке, 1000-1800 кг/м3 | 0,3-0,7 | ||
| Керамическийй блок поризованный | 0,2 | ||
| Вермикулитобетон, 300-800 кг/м3 | 0,08-0,21 | ||
| Керамзитобетон, 500 кг/м3 | 0,14 | ||
| Керамзитобетон, 600 кг/м3 | 0,16 | ||
| Керамзитобетон, 800 кг/м3 | 0,21 | ||
| Керамзитобетон, 1000 кг/м3 | 0,27 | ||
| Керамзитобетон, 1200 кг/м3 | 0,36 | ||
| Керамзитобетон, 1400 кг/м3 | 0,47 | ||
| Керамзитобетон, 1600 кг/м3 | 0,58 | ||
| Керамзитобетон, 1800 кг/м3 | 0,66 | ||
| ладка из керамического полнотелого кирпича на ЦПР | 0,56 | 0,7 | 0,81 |
| Кладка из пустотелого керамического кирпича на ЦПР, 1000 кг/м3) | 0,35 | 0,47 | 0,52 |
| Кладка из пустотелого керамического кирпича на ЦПР, 1300 кг/м3) | 0,41 | 0,52 | 0,58 |
| Кладка из пустотелого керамического кирпича на ЦПР, 1400 кг/м3) | 0,47 | 0,58 | 0,64 |
| Кладка из полнотелого силикатного кирпича на ЦПР, 1000 кг/м3) | 0,7 | 0,76 | 0,87 |
| Кладка из пустотелого силикатного кирпича на ЦПР, 11 пустот | 0,64 | 0,7 | 0,81 |
| Кладка из пустотелого силикатного кирпича на ЦПР, 14 пустот | 0,52 | 0,64 | 0,76 |
| Известняк 1400 кг/м3 | 0,49 | 0,56 | 0,58 |
| Известняк 1+600 кг/м3 | 0,58 | 0,73 | 0,81 |
| Известняк 1800 кг/м3 | 0,7 | 0,93 | 1,05 |
| Известняк 2000 кг/м3 | 0,93 | 1,16 | 1,28 |
| Песок строительный, 1600 кг/м3 | 0,35 | ||
| Гранит | 3,49 | ||
| Мрамор | 2,91 | ||
| Керамзит, гравий, 250 кг/м3 | 0,1 | 0,11 | 0,12 |
| Керамзит, гравий, 300 кг/м3 | 0,108 | 0,12 | 0,13 |
| Керамзит, гравий, 350 кг/м3 | 0,115-0,12 | 0,125 | 0,14 |
| Керамзит, гравий, 400 кг/м3 | 0,12 | 0,13 | 0,145 |
| Керамзит, гравий, 450 кг/м3 | 0,13 | 0,14 | 0,155 |
| Керамзит, гравий, 500 кг/м3 | 0,14 | 0,15 | 0,165 |
| Керамзит, гравий, 600 кг/м3 | 0,14 | 0,17 | 0,19 |
| Керамзит, гравий, 800 кг/м3 | 0,18 | ||
| Гипсовые плиты, 1100 кг/м3 | 0,35 | 0,50 | 0,56 |
| Гипсовые плиты, 1350 кг/м3 | 0,23 | 0,35 | 0,41 |
| Глина, 1600-2900 кг/м3 | 0,7-0,9 | ||
| Глина огнеупорная, 1800 кг/м3 | 1,4 | ||
| Керамзит, 200-800 кг/м3 | 0,1-0,18 | ||
| Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией, 800-1200 кг/м3 | 0,23-0,41 | ||
| Керамзитобетон, 500-1800 кг/м3 | 0,16-0,66 | ||
| Керамзитобетон на перлитовом песке, 800-1000 кг/м3 | 0,22-0,28 | ||
| Кирпич клинкерный, 1800 - 2000 кг/м3 | 0,8-0,16 | ||
| Кирпич облицовочный керамический, 1800 кг/м3 | 0,93 | ||
| Бутовая кладка средней плотности, 2000 кг/м3 | 1,35 | ||
| Листы гипсокартона, 800 кг/м3 | 0,15 | 0,19 | 0,21 |
| Листы гипсокартона, 1050 кг/м3 | 0,15 | 0,34 | 0,36 |
| Фанера клеенная | 0,12 | 0,15 | 0,18 |
| ДВП, ДСП, 200 кг/м3 | 0,06 | 0,07 | 0,08 |
| ДВП, ДСП, 400 кг/м3 | 0,08 | 0,11 | 0,13 |
| ДВП, ДСП, 600 кг/м3 | 0,11 | 0,13 | 0,16 |
| ДВП, ДСП, 800 кг/м3 | 0,13 | 0,19 | 0,23 |
| ДВП, ДСП, 1000 кг/м3 | 0,15 | 0,23 | 0,29 |
| Линолеум ПВХ на теплоизолирующей основе, 1600 кг/м3 | 0,33 | ||
| Линолеум ПВХ на теплоизолирующей основе, 1800 кг/м3 | 0,38 | ||
| Линолеум ПВХ на тканевой основе, 1400 кг/м3 | 0,2 | 0,29 | 0,29 |
| Линолеум ПВХ на тканевой основе, 1600 кг/м3 | 0,29 | 0,35 | 0,35 |
| Линолеум ПВХ на тканевой основе, 1800 кг/м3 | 0,35 | ||
| Листы асбоцементные плоские, 1600-1800 кг/м3 | 0,23-0,35 | ||
| Ковровое покрытие, 630 кг/м3 | 0,2 | ||
| Поликарбонат (листы), 1200 кг/м3 | 0,16 | ||
| Полистиролбетон, 200-500 кг/м3 | 0,075-0,085 | ||
| Ракушечник, 1000-1800 кг/м3 | 0,27-0,63 | ||
| Стеклопластик, 1800 кг/м3 | 0,23 | ||
| Черепица бетонная, 2100 кг/м3 | 1,1 | ||
| Черепица керамическая, 1900 кг/м3 | 0,85 | ||
| Черепица ПВХ, 2000 кг/м3 | 0,85 | ||
| Известковая штукатурка, 1600 кг/м3 | 0,7 | ||
| Штукатурка цементно-песчаная, 1800 кг/м3 | 1,2 | ||
Расчет толщины стен с учетом теплопроводности
Для самостоятельного расчета толщины стен, которая обеспечит комфортный микроклимат в доме, можно использовать классическую методику. Необходимо изучить технические параметры материала, выяснить уровень теплопроводности и тепловое сопротивление. Затем следует рассчитать соотношение предполагаемой толщины к коэффициенту. Полученное значение теплового сопротивления сравнить с нормативным показателем.
Зная все характеристики материала, можно быстро рассчитать толщину стен, соответствующую нормам с точки зрения энергоэффективности. Для этого достаточно умножить коэффициент теплопроводности на термическое сопротивление. Расчеты необходимо проводить для каждого слоя стен.
В интернете можно найти программы и приложения, позволяющие выполнить вычисления онлайн. Одни калькуляторы выполняют расчет с учетом региона, теплового сопротивления материала и желаемой температуры в доме. Другие варианты позволяют учесть более широкий диапазон характеристик. Для исключения технических ошибок рекомендуется обратиться к профессионалам.
Теплопроводность каркасного дома
Чтобы оценить преимущества каркасных домов, необходимо сравнить теплопроводность материалов, использующихся при строительстве, разных видов.
Кирпич. Искусственный камень изготавливается из пластичной минеральной смеси. Коэффициент теплопроводности различается у разных типов кирпича. Клинкерный имеет показатель от 0,4 до 0,9, силикатный — 0,7. Наиболее низкий параметр у теплокерамики — 0,11. Такой материал хорошо удерживает тепло, но обладает повышенной хрупкостью, не подходит для стен многоэтажных строений. Стандартный кирпич во всех случаях требует дополнительного утепления.
Бетон. На рынке представлены разные виды бетона (пено-, газо- , железо-, керамзито-, полистиролбетон). В зависимости от особенностей пористой структуры материалы имеют разный коэффициент теплопроводности. Различают конструкционные и теплоизоляционные бетоны, которые используются для разных целей — возведения фундамента или стен. Коэффициент передачи тепла может достигать 1,5. Необходимость в дополнительном утеплении зависит от состава материала и климатических особенностей региона. Чаще в строительстве используется газобетон. Материал считается прочным и теплым. Но при ветреной и влажной погоде структура с открытыми порами становится уязвимой в плане энергоэффективности.
Дерево. Натуральная древесина имеет самый низкий коэффициент теплопроводности. Средний показатель составляет 0,18. Дерево лучше сохраняет тепло в сравнении с камнем. Классические постройки из бревен из-за низкой герметичности требуют защиты от ветра. Образующиеся при усадке пустоты требуют дополнительного утепления. Энергоэффективность деревянного дома зависит от породы дерева (сравнивается по таблице теплопроводности), точности сопряжения элементов.
Каркасные дома возводятся с использованием деревянных элементов и современных материалов, имеющих высокое тепловое сопротивление. Несущая конструкция заполняется изоляционными решениями, обеспечивающими высокий уровень энергоэффективности строения. При толщине стен 15 см теплопроводность строительных материалов в 15 раз ниже в сравнении с кирпичом. Каркасный дом имеет средний коэффициент 0,0038. Показатель в 5 раз ниже в сравнении с деревянным объектом.
У домов, построенных по технологии 3D каркас, теплопроводность строительных материалов составляет 0,0022. При сравнении с профилированным брусом и кирпичом показатель ниже в 40 и 200 раз соответственно. Высокий уровень энергоэффективности достигается возведением тройного каркаса и установкой перекрестных слоев утеплителя на базальтовой основе. Конструкция обеспечивает отсутствие контакта между внутренней и внешней конструкцией. Это исключает промерзание стен, образование сквозных пустот. В таком доме хорошо сохраняется тепло даже при экстремально низких температурах на улице.
Выбор материала для строительства
Из всех рассмотренных выше вариантов каркасный дом является самым теплым. Благодаря исключительно низкой теплопроводности строительных материалов объекты, возведенные по 3D технологии, идеально подходят для постоянного проживания в любых климатических условиях. Такие дома соответствуют параметрам «пассивных строений», т.е. обеспечивают комфортное проживание и минимальные затраты на отопление. Преимущества каркасников:
- возводятся быстрее кирпичных и бетонных строений;
- стены прогреваются в течение 2 часов, продолжительное время сохраняют тепло;
- не имеют «мостиков холода».
При планировании возведения круглогодично эксплуатируемого объекта с низкой теплопередачей лучшим выбором станет дом с каркасной основой. Многослойная 3D структура устраняет все недостатки альтернативных технологий загородного строительства.
