Как рассчитать толщину утеплителя для стен: пример расчета
Дома, предназначенные для круглогодичного проживания, нужно утеплять. И утепление стен является одним из важнейших этапов строительства. Важно не только правильно подобрать утеплитель, но и понять, какая его толщина необходима для грамотной теплоизоляции дома.
Зачем рассчитывать толщину утеплителя?
Толщина утеплителя для наружных стен – не постоянная величина. Она меняется в зависимости от совокупности факторов. Все рекомендации о том, какой толщины взять тот или иной утеплитель, будут лишь примерными. И на них вряд ли стоит опираться.
Расчет утеплителя для стен сугубо индивидуальная процедура. И на самом деле она не так сложна, как может показаться на первый взгляд. Провести расчеты можно самостоятельно, не обращаясь к специалистам.
Проводить расчеты обязательно, так как недостаточная толщина утеплительного контура приведет к тому, что дом будет промерзать, влага, образующаяся внутри фасада станет благоприятной средой для грибков и плесени. И напротив, закупив более толстый утеплитель, чем требуется, вы зря потратите бюджет на бесполезный дополнительный объем материала.
В связи с этим, основное назначение расчетов – найти золотую середину.
От чего зависит толщина?
Итак, перед тем, как рассчитать толщину утеплителя для стен, необходимо определить ряд параметров, от которых она зависит. Очевидно, что на толщину в первую очередь будут влиять климатические условия. Кроме того, важно также, из каких материалов построен дом, какой толщины стены и проч.
Вот параметры, значения которых потребуются для предстоящих расчетов:
Параметр под первым номером определяется строительными нормативами. Значения по регионам приведены в соответствующем СНиП. Мы приведем ряд значений для крупных городов в таблице ниже.
Что касается теплопроводности стройматериалов и выбранного утеплителя, то данные значения можно получить из технической документации, прилагаемой к изделиям.
Расчет толщины утеплителя для стен
Покажем порядок расчетов на гипотетическом примере. Итак, предположим мы строим дом из пенобетона. Снаружи стена будет штукатуриться, внутри также будет нанесена гипсовая штукатурка. Дом строится в Твери.
Исходные данные, которые мы имеем:
Требуется рассчитать толщину пенополистирола.
Для начала определим Т – минимальный порог сопротивления пеплоотдаче. Из таблицы мы видим, что в Твери он равен 3,31 Вт/м* 0 С.
Теперь высчитаем, каким суммарным сопротивлением обладают все материалы, помимо утеплителя Т1. Чтобы узнать значение сопротивления по каждому материалу, нужно его толщину разделить на значение теплопроводности.
Таким образом получаем:
Т1= 0,4/0,55 + 0,04/1,1 + 0,02/0,31 = 0,73 + 0,04 + 0,06 = 0,83
Чтобы понять, какая толщина утеплителя для стен будет оптимальной, высчитаем разницу между Т и Т1:
Мы получили ту недостающую стенам величину сопротивления теплоотдаче, которой должен соответствовать утеплительный слой.
Теперь, наконец, можно высчитать, какой толщины утеплитель нам потребуется.
Для этого полученное значение нужно умножить на показатель теплопроводности утеплительного материала:
Таким образом, минимальная толщина пенополистирола данном случае равна 7см. Расчет по данному алгоритму является наиболее точным.
Толщина утеплителя для каркасных стен
Этот параметр определяется абсолютно аналогично, по приведенной выше схеме. Как правило, утеплителем в данном случае является базальтовая вата.
При расчетах для каркасников также учитывают теплопроводность и толщину каждого из слоев «пирога». Тонкими прослойками, как пароизоляция, при расчетах можно пренебречь.
Толщина утеплителя для стен: калькулятор
Для выполнения приблизительных расчетов вы можете также воспользоваться онлайн-калькулятором.
Расчет толщины теплоизоляции стен
Даже популярные ныне коттеджи из бревна или профилированного бруса необходимо утеплять дополнительно или возводить их из практически несуществующего на рынке деревянного массива толщиной в 35-40 см. Что уж говорить о каменных строениях (блочных, кирпичных, монолитных).
Что значит «утеплиться правильно»
Итак, без теплоизоляционных слоёв обойтись нельзя, с этим согласится подавляющее большинства домовладельцев. Некоторым из них приходится изучать вопрос во время строительства собственного гнёздышка, другие озадачиваются утеплением, чтобы фасадными работами улучшить уже эксплуатируемый коттедж. В любом случае подходить к вопросу необходимо очень скрупулёзно.
Одно дело соблюдение технологии утепления, но ведь часто застройщики допускают ошибки на стадии закупки материала, в частности неправильно выбирают толщину утепляющего слоя. Если жилище окажется слишком холодным, то находиться в нём будет, мягко говоря, некомфортно. При благоприятном стечении обстоятельств (наличие запаса производительности теплогенератора) проблему получится решить увеличением мощности отопительной системы, что, однозначно, влечёт за собой существенный рост расходов на покупку энергоносителей.
Но обычно всё заканчивается куда печальнее: при малой толщине утепляющего слоя ограждающие конструкции промерзают. А это становится причиной перемещения точки росы вовнутрь помещений, из-за чего на внутренних поверхностях стен и перекрытий выпадает конденсат. Потом появляется плесень, разрушаются строительные конструкции и отделочные материалы… Что самое неприятное, так это тот факт, что невозможно устранить неприятности малой кровью. Например, на фасаде придётся демонтировать (или «похоронить») финишный слой, затем создать ещё один барьер из утеплителя, а потом снова отделать стены. Очень недёшево выходит, лучше сразу всё сделать как положено.
Важно! Технологичные современные утеплители мало стоить не будут, причём с увеличением толщины пропорционально будет расти и цена. Поэтому создавать слишком большой запас по теплоизоляции обычно смысла нет, это – пустая трата средств, особенно если случайному сверхутеплению подвергается только часть конструкций дома.
Принципы расчёта утепляющего слоя
Теплопроводность и термическое сопротивление
Прежде всего, нужно определиться с главной причиной охлаждения здания. Зимой у нас работает система отопления, которая греет воздух, но сгенерированное тепло проходит через ограждающие конструкции и рассеивается в атмосфере. То есть происходят теплопотери – «теплопередача». Она есть всегда, вопрос лишь в том, получается ли их восполнить посредством отопления, чтобы в доме оставалась стабильная положительная температура, желательно на уровне + 20-22 градусов.
Важно! Заметим, что очень немаловажную роль в динамике теплового баланса (в общих теплопотерях) играют различные неплотности в элементах здания – инфильтрация. Поэтому на герметичность и сквозняки тоже следует обращать внимание.
Приведём данные для некоторых основных материалов в виде таблицы.
| № | Материал | Коэффициент теплопроводности Вт/(м*К) |
| 1 | Сталь | 52 |
| 2 | Стекло | 1,15 |
| 3 | Железобетон с щебнем | 1,7-2 |
| 4 | Минеральная вата | 0,035-0,053 |
| 5 | Сосна влажности 15% | 0,15-0,23 |
| 6 | Кирпич с пустотами | 0,44 |
| 7 | Кирпич сплошной | 0,67- 0,82 |
| 8 | Пенопласт | 0,04-0,05 |
| 9 | Пенобетонные блоки | 0,3-0,5 |
Теперь о сопротивлении теплопередаче. Значение сопротивления теплопередаче обратно пропорционально теплопроводности. Этот показатель относится и к ограждающим конструкциям, и к материалам как таковым. Он используется для того, чтобы охарактеризовать теплоизоляционные характеристики стен, перекрытий, окон, дверей, кровли…
Для расчёта термического сопротивления используют следующую общедоступную формулу:
Для примера: стена в половину кирпича (полнотелого) имеет толщину 120 мм, то есть показатель R получится 0,17 м²·K/Вт (толщина 0,12 метра, разделённая на 0,7 Вт/(м*К)). Аналогичная кладка в кирпич (250 мм) покажет 0,36 м²·K/Вт, а в два кирпича (510 мм) – 0,72 м²·K/Вт.
Допустим, по минеральной вате толщиной 50; 100; 150 мм показатели термического сопротивления будут следующие: 1,11; 2,22; 3,33 м²·K/Вт.
Важно! Большинство ограждающих конструкций в современных зданиях являются многослойными. Поэтому, чтобы рассчитать, например, термическое сопротивление такой стены, нужно отдельно рассматривать все её прослойки, а затем полученные показатели суммировать.
Существуют ли требования к тепловому сопротивлению
Возникает вопрос: а каким, собственно, должен быть показатель сопротивления теплопередачи для ограждающих конструкций в доме, чтобы в помещениях было тепло, и в отопительный период расходовалось минимум энергоносителей? К счастью для домовладельцев, не обязательно снова использовать сложные формулы. Вся необходимая информация есть в СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». В данном нормативном документе рассматриваются строения различного назначения, эксплуатируемые в различных климатических зонах. Это вполне объяснимо, так как температура для жилых помещений и производственных помещений не нужна одинаковая. Кроме того, отдельные регионы характеризуются своими предельными минусовыми температурами и длительность отопительного периода, поэтому выделяют такую усреднённую характеристику, как градусо-сутки отопительного сезона.
Важно! Ещё один интересный момент заключается в том, что основная интересующая нас таблица содержит нормируемые показатели для различных ограждающих конструкций. Это в общем-то не удивительно, ведь тепло покидает дом неравномерно.
Попробуем немного упростить таблицу по необходимому тепловому сопротивлению, вот что получится для жилых зданий (м²·K/Вт):
| Регион по градусо-суткам | Окна | Стены | Перекрытия холодного чердака и холодного подвала |
| 2000 | 0,3 | 2,1 | 2,8 |
| 4000 | 0,45 | 2,8 | 3,7 |
| 6000 | 0,6 | 3,5 | 4,6 |
| 8000 | 0,7 | 4,2 | 5,5 |
| 10000 | 0,75 | 4,9 | 6,4 |
| 12000 | 0,8 | 5,6 | 7,3 |
Согласно данной таблице, становится понятно, что если в Москве (5800 градусо-суток при средней температуре в помещениях порядка 24 градусов) строить дом только из полнотелого кирпича, то стену придётся делать по толщине более 2,4 метра (3,5 Х 0,7). Реально ли это технически и по деньгам? Конечно – абсурд. Вот почему нужно применить утепляющий материал.
Очевидно, что для коттеджа в Москве, Краснодаре и Хабаровске будут предъявляться разные требования. Всё, что нам нужно, так это определить градусо-суточные показатели для нашего населённого пункта и выбрать подходящее число из таблицы. Потом применяя формулу сопротивления теплопередаче, работаем с уравнением и получаем оптимальную толщину утеплителя, который необходимо применить.
| Город | Градусо-сутки Dd отопительного периода при температуре, + С | |||||
| 24 | 22 | 20 | 18 | 16 | 14 | |
| Абакан | 7300 | 6800 | 6400 | 5900 | 5500 | 5000 |
| Анадырь | 10700 | 10100 | 9500 | 8900 | 8200 | 7600 |
| Арзанас | 6200 | 5800 | 5300 | 4900 | 4500 | 4000 |
| Архангельск | 7200 | 6700 | 6200 | 5700 | 5200 | 4700 |
| Астрахань | 4200 | 3900 | 3500 | 3200 | 2900 | 2500 |
| Ачинск | 7500 | 7000 | 6500 | 6100 | 5600 | 5100 |
| Белгород | 4900 | 4600 | 4200 | 3800 | 3400 | 3000 |
| Березово (ХМАО) | 9000 | 8500 | 7900 | 7400 | 6900 | 6300 |
| Бийск | 7100 | 6600 | 6200 | 5700 | 5300 | 4800 |
| Биробиджан | 7500 | 7100 | 6700 | 6200 | 5800 | 5300 |
| Благовещенск | 7500 | 7100 | 6700 | 6200 | 5800 | 5400 |
| Братск | 8100 | 7600 | 7100 | 6600 | 6100 | 5600 |
| Брянск | 5400 | 5000 | 4600 | 4200 | 3800 | 3300 |
| Верхоянск | 13400 | 12900 | 12300 | 11700 | 11200 | 10600 |
| Владивосток | 5500 | 5100 | 4700 | 4300 | 3900 | 3500 |
| Владикавказ | 4100 | 3800 | 3400 | 3100 | 2700 | 2400 |
| Владимир | 5900 | 5400 | 5000 | 4600 | 4200 | 3700 |
| Комсомольск-на-Амуре | 7800 | 7300 | 6900 | 6400 | 6000 | 5500 |
| Кострома | 6200 | 5800 | 5300 | 4900 | 4400 | 4000 |
| Котлас | 6900 | 6500 | 6000 | 5500 | 5000 | 4600 |
| Краснодар | 3300 | 3000 | 2700 | 2400 | 2100 | 1800 |
| Красноярск | 7300 | 6800 | 6300 | 5900 | 5400 | 4900 |
| Курган | 6800 | 6400 | 6000 | 5600 | 5100 | 4700 |
| Курск | 5200 | 4800 | 4400 | 4000 | 3600 | 3200 |
| Кызыл | 8800 | 8300 | 7900 | 7400 | 7000 | 6500 |
| Липецк | 5500 | 5100 | 4700 | 4300 | 3900 | 3500 |
| Санкт Петербург | 5700 | 5200 | 4800 | 4400 | 3900 | 3500 |
| Смоленск | 5700 | 5200 | 4800 | 4400 | 4000 | 3500 |
| Магадан | 9000 | 8400 | 7800 | 7200 | 6700 | 6100 |
| Махачкала | 3200 | 2900 | 2600 | 2300 | 2000 | 1700 |
| Минусинск | 4700 | 6900 | 6500 | 6000 | 5600 | 5100 |
| Москва | 5800 | 5400 | 4900 | 4500 | 4100 | 3700 |
| Мурманск | 7500 | 6900 | 6400 | 5800 | 5300 | 4700 |
| Муром | 6000 | 5600 | 5100 | 4700 | 4300 | 3900 |
| Нальчик | 3900 | 3600 | 3300 | 2900 | 2600 | 2300 |
| Нижний Новгород | 6000 | 5300 | 5200 | 4800 | 4300 | 3900 |
| Нарьян-Мар | 9000 | 8500 | 7900 | 7300 | 6700 | 6100 |
| Великий Новгород | 5800 | 5400 | 4900 | 4500 | 4000 | 3600 |
| Олонец | 6300 | 5900 | 5400 | 4900 | 4500 | 4000 |
| Омск | 7200 | 6700 | 6300 | 5800 | 5400 | 5000 |
| Орел | 5500 | 5100 | 4700 | 4200 | 3800 | 3400 |
| Оренбург | 6100 | 5700 | 5300 | 4900 | 4500 | 4100 |
| Новосибирск | 7500 | 7100 | 6600 | 6100 | 5700 | 5200 |
| Партизанск | 5600 | 5200 | 4900 | 4500 | 4100 | 3700 |
| Пенза | 5900 | 5500 | 5100 | 4700 | 4200 | 3800 |
| Пермь | 6800 | 6400 | 5900 | 5500 | 5000 | 4600 |
| Петрозаводск | 6500 | 6000 | 5500 | 5100 | 4600 | 4100 |
| Петропавловск-Камчатский | 6600 | 6100 | 5600 | 5100 | 4600 | 4000 |
| Псков | 5400 | 5000 | 4600 | 4200 | 3700 | 3300 |
| Рязань | 5700 | 5300 | 4900 | 4500 | 4100 | 3600 |
| Самара | 5900 | 5500 | 5100 | 4700 | 4300 | 3900 |
| Саранск | 6000 | 5500 | 5100 | 5700 | 4300 | 3900 |
| Саратов | 5600 | 5200 | 4800 | 4400 | 4000 | 3600 |
| Сортавала | 6300 | 5800 | 5400 | 4900 | 4400 | 3900 |
| Сочи | 1600 | 1400 | 1250 | 1100 | 900 | 700 |
| Сургут | 8700 | 8200 | 7700 | 7200 | 6700 | 6100 |
| Ставрополь | 3900 | 3500 | 3200 | 2900 | 2500 | 2200 |
| Сыктывкар | 7300 | 6800 | 6300 | 5800 | 5300 | 4900 |
| Тайшет | 7800 | 7300 | 6800 | 6300 | 5800 | 5400 |
| Тамбов | 5600 | 5200 | 4800 | 4400 | 4000 | 3600 |
| Тверь | 5900 | 5400 | 5000 | 4600 | 4100 | 3700 |
| Тихвин | 6100 | 5600 | 2500 | 4700 | 4300 | 3800 |
| Тобольск | 7500 | 7000 | 6500 | 6100 | 5600 | 5100 |
| Томск | 7600 | 7200 | 6700 | 6200 | 5800 | 5300 |
| Тотьна | 6700 | 6200 | 5800 | 5300 | 4800 | 4300 |
| Тула | 5600 | 5200 | 4800 | 4400 | 3900 | 3500 |
| Тюмень | 7000 | 6600 | 6100 | 5700 | 5200 | 4800 |
| Улан-Удэ | 8200 | 7700 | 7200 | 6700 | 6300 | 5800 |
| Ульяновск | 6200 | 5800 | 5400 | 5000 | 4500 | 4100 |
| Уренгой | 10600 | 10000 | 9500 | 8900 | 8300 | 7800 |
| Уфа | 6400 | 5900 | 5500 | 5100 | 4700 | 4200 |
| Ухта | 7900 | 7400 | 6900 | 6400 | 5800 | 5300 |
| Хабаровск | 7000 | 6600 | 6200 | 5800 | 5300 | 4900 |
| Ханты-Мансийск | 8200 | 7700 | 7200 | 6700 | 6200 | 5700 |
| Чебоксары | 6300 | 5800 | 5400 | 5000 | 4500 | 4100 |
| Челябинск | 6600 | 6200 | 5800 | 5300 | 4900 | 4500 |
| Черкесск | 4000 | 3600 | 3300 | 2900 | 2600 | 2300 |
| Чита | 8600 | 8100 | 7600 | 7100 | 6600 | 6100 |
| Элиста | 4400 | 4000 | 3700 | 3300 | 3000 | 2600 |
| Южно-Курильск | 5400 | 5000 | 4500 | 4100 | 3600 | 3200 |
| Южно-Сахалинск | 6500 | 600 | 5600 | 5100 | 4700 | 4200 |
| Якутск | 11400 | 10900 | 10400 | 9900 | 9400 | 8900 |
| Ярославль | 6200 | 5700 | 5300 | 4900 | 4400 | 4000 |
Примеры расчёта толщины утеплителя
Предлагаем на практике рассмотреть процесс расчётов утепляющего слоя стены и потолка жилой мансарды. Для примера возьмём дом в Вологде, построенный из блоков (пенобетон) толщиной 200 мм.
Итак, если температура в 22 градуса для обитателей будет нормальной, то актуальный в данном случае показатель градусо-суток равняется 6000. Находим в таблице нормативов по термическому сопротивлению соответствующий показатель, он составляет 3,5 м²·K/Вт – к нему будем стремиться.
То есть для качественного утепления нам не хватает порядка 3 м²·K/Вт. Их можно получить минеральной ватой или пенопластом, который будут установлены со стороны фасада в вентилируемой навесной конструкции или мокрым способом скреплённой теплоизоляции. Чуть трансформируем формулу термического сопротивления и получаем необходимую толщину – то есть умножаем необходимое (недостающее) сопротивление теплопередачи на теплопроводность (берём из таблицы).
В цифрах это будет выглядеть так: d толщина базальтовой минваты = 3 Х 0,035 = 0,105 метра. Получается, что мы может использовать материал в матах или рулонах толщиной 10 сантиметров. Заметим, что при использовании пенопласта плотностью 25 кг/м3 и выше – необходимая толщина получится аналогичной.
Кстати, можно рассмотреть другой пример. Допустим, хотим из полнотелого силикатного кирпича в этом же доме сделать ограждение тёплого остеклённого балкона, тогда недостающего термического сопротивления будет порядка 3,35 м²·K/Вт (0,12Х0,82). Если планируется применять для утепления пенопласт ПСБ-С-15, то его толщина должна быть 0,144 мм – то есть 15 см.
Для мансарды, крыши и перекрытий техника расчётов будет примерно такая же, только отсюда исключается теплопроводность и сопротивление теплопередачи несущих конструкций. А также несколько увеличиваются требования по сопротивлению – потребуется уже не 3,5 м²·K/Вт, а 4,6. В итоге, вата подойдёт толщиной до 20 см = 4,6 Х 0,04 (теплоизолятор для кровли).
Применение калькуляторов
Производители изоляционных материалов решили упростить задачу рядовым застройщикам. Для этого они разработали простые и понятные программки для расчёта толщины утеплителя.
Рассмотрим некоторые варианты:
В каждом из них в несколько шагов нужно заполнить поля, после чего, нажав на кнопку, можно мгновенно получить результат.
Вот некоторые особенности использования программ:
1. Везде предлагается из выпадающего списка выбрать город/район/регион строительства.
2. Все, кроме Технониколь, просят определить тип объекта: жилое/производственное, либо, как на сайте Пеноплекс – городская квартира/лоджия/малоэтажный дом/хозпостройка.
3. Потом указываем, какие конструкции нас интересуют: стены, полы, перекрытие чердака, крыша. Программа Пеноплекс рассчитывает также утепление фундамента, инженерных коммуникаций, уличных дорожек и площадок.
4. Некоторые калькуляторы имеют поле для указания желаемой температуры внутри помещения, на сайте Rockwool интересуются также габаритами здания и типом применяемого для отопления топлива, количеством проживающих людей. Кнауф ещё учитывает относительную влажность воздуха в помещениях.
5. На penoplex.ru нужно указать тип и толщину стен, а также материал, из которого они изготовлены.
6. В большинстве калькуляторов есть возможность задать характеристики отдельных или дополнительных слоёв конструкций, например, особенности несущих стен без теплоизоляции, тип облицовки.
7. Калькулятор пеноплекс для некоторых конструкций (допустим для утепления кровли методом «между стропил») может считать не только экструдированный пенополистирол, на котором фирма специализируется, но также минеральную вату.
Как вы понимаете, в том, чтобы рассчитать оптимальную толщину теплоизоляции – ничего сложного нет, следует только со всей тщательностью подойти к данному вопросу. Главное, чётко определиться с недостающим сопротивлением теплопередаче, а потом уже выбирать утеплитель, который будет лучше всего подходить для конкретных элементов здания и применяемых строительных технологий. Также не стоит забывать, что к теплоизоляцией частного дома необходимо заниматься комплексно, в должной степени должны быть утеплены все ограждающие конструкции.
