Теплоемкость здания. Расчет теплопроводности стены. Дешевые дома – это выгодно

Прямо противоположные мнения, по сути следующие:
- мнение, основанное на реальных физических процессах, на законах. Теплопроводность - однозначно полезное качество.
- мнение людей, втянутых в процесс производства продаж и строительства с применением материалов, имеющих плохую теплопроводность. Именно отсюда вырастает бред про " с точки зрения физики" и "синусоиду нестабильности".
Единственный процесс, при котором теплоемкость ухудшает ситуацию: быстрый прогрев помещений. Но и тут "фанаты" минват и "канадских" каркасов лукавят: обычно представляются цифры прогрева всей конструкции. Мол, дом из бруса нагреется за Х часов, а из минваты раз в осьнадцать быстрее. Но комфортная температура в помещении будет уже при прогреве некоторого небольшого внутреннего слоя стен и перекрытий. И не нужно дожидаться прогрева всей конструкции.
Идем дальше. Дача. Вроде как для приездов на выходные в холодный период года лучше, если она нагревается быстрее. Т. е. теплоемкость большая - во вред. Но разве дача используется только в холодный период? А летом?
А летом жарко. И дом с плохими показателями теплоемкости гораздо хуже сохраняет прохладу. Фазовый сдвиг у каркасника, утепленного каким-нибудь базальтом, минимальный. И в таком доме жару без кондиционера не победить. А в доме с хорошей теплоемкостью кондиционер совсем не обязателен.
Теперь про то, что "платить за обогрев будете одинаково". Рассмотрим некий период с устоявшимися температурами. Днем температура выше, ночью ниже. Что будет в доме с низкой теплоемкостью? Температура внутри помещений будет также "гулять" с достаточно большой амплитудой. Для того чтобы она оставалось комфортной, ее нужно регулировать.
1. Вручную. При этом неизбежны ситуации, когда в доме будет вырабатываться избыточное тепло:
- при росте температуры на улице уменьшается разница температур, тепло отдается через стены с высокой скоростью, а обогреватель, пока Вы не изменили его настройку, производит его столько же. Тепла, а следовательно топлива, расходуется больше.
- ночью идет падение уличной температуры. И чтобы не вставать среди ночи, необходимо делать настройку с запасом, иначе тепла от обогревателя к утру станет недостаточно.
2. Некоей АСУ. Но за нее надо заплатить. За регулятор, за исполнительные устройства и датчики, за прокладку проводки к этим устройствам.
А теперь берем дом с хорошей теплоемкостью. Даже при печном отоплении температура в доме остается комфортной.
В таком доме гораздо проще регулировать поддержание теплового режима. В том числе и в автоматическом режиме.
Причем, обратное утверждают исключительно те, кто вовлечен в бизнес, связанный с материалами, умеющими только утеплять (минваты, пенопласты и т. п.).

Совершенно верно, что это чушь.
Дабы не быть голословным, вставлю графики, отображающие, как реагируют 200мм минваты и сосны на уличную жару летом.

*Теплопроводность - однозначно полезное качество.*
Весьма убедительно!

*Именно отсюда вырастает бред про " с точки зрения физики" и "синусоиду нестабильности".*

Круто! И не менее убедительно!

*Даже при печном отоплении температура в доме остается комфортной.*

Опять достойный "АргУмент" .Конечно же, мы Вам верим! Тут, на форуме, никто и никогда и не слышал, и не жил в доме с печью.

*В таком доме гораздо проще регулировать поддержание теплового режима. В том числе и в автоматическом режиме.*

Все так же убедительно.

*Совершенно верно, что это чушь.*

Здорово Вы всех тут построили и порядок навели.

Создание оптимального микроклимата и расход тепловой энергии на отопление частного дома в холодное время года во многом зависит от теплоизоляционных свойств строительных материалов, из которых возведена данная постройка. Одной из таких характеристик является теплоемкость. Это значение необходимо учитывать при выборе стройматериалов для конструирования частного дома. Поэтому далее будет рассмотрена теплоемкость некоторых строительных материалов.

Определение и формула теплоемкости

Каждое вещество в той или иной степени способно поглощать, запасать и удерживать тепловую энергию. Для описания этого процесса введено понятие теплоемкости, которая является свойством материала поглощать тепловую энергию при нагревании окружающего воздуха.

Чтобы нагреть какой-либо материал массой m от температуры t нач до температуры t кон, нужно будет потратить определенное количество тепловой энергии Q, которое будет пропорциональным массе и разнице температур ΔТ (t кон -t нач). Поэтому формула теплоемкости будет выглядеть следующим образом: Q = c*m*ΔТ, где с - коэффициент теплоемкости (удельное значение). Его можно рассчитать по формуле: с = Q/(m* ΔТ) (ккал/(кг* °C)).

Условно приняв, что масса вещества равна 1 кг, а ΔТ = 1°C, можно получить, что с = Q (ккал). Это означает, что удельная теплоемкость равна количеству тепловой энергии, которая расходуется на нагревание материала массой 1 кг на 1°C.

Вернуться к оглавлению

Использование теплоемкости на практике

Строительные материалы с высокой теплоемкостью используют для возведения теплоустойчивых конструкций. Это очень важно для частных домов, в которых люди проживают постоянно. Дело в том, что такие конструкции позволяют запасать (аккумулировать) тепло, благодаря чему в доме поддерживается комфортная температура достаточно долгое время. Сначала отопительный прибор нагревает воздух и стены, после чего уже сами стены прогревают воздух. Это позволяет сэкономить денежные средства на отоплении и сделать проживание более уютным. Для дома, в котором люди проживают периодически (например, по выходным), большая теплоемкость стройматериала будет иметь обратный эффект: такое здание будет достаточно сложно быстро натопить.

Значения теплоемкости строительных материалов приведены в СНиП II-3-79. Ниже приведена таблица основных строительных материалов и значения их удельной теплоемкости.

Таблица 1

Кирпич обладает высокой теплоемкостью, поэтому идеально подходит для строительства домов и возведенияия печей.

Говоря о теплоемкости, следует отметить, что отопительные печи рекомендуется строить из кирпича, так как значение его теплоемкости достаточно высоко. Это позволяет использовать печь как своеобразный аккумулятор тепла. Теплоаккумуляторы в отопительных системах (особенно в системах водяного отопления) с каждым годом применяются все чаще. Такие устройства удобны тем, что их достаточно 1 раз хорошо нагреть интенсивной топкой твердотопливного котла, после чего они будут обогревать ваш дом на протяжении целого дня и даже больше. Это позволит существенно сэкономить ваш бюджет.

Вернуться к оглавлению

Теплоемкость строительных материалов

Какими же должны быть стены частного дома, чтобы соответствовать строительным нормам? Ответ на этот вопрос имеет несколько нюансов. Чтобы с ними разобраться, будет приведен пример теплоемкости 2-х наиболее популярных строительных материалов: бетона и дерева. имеет значение 0,84 кДж/(кг*°C), а дерева - 2,3 кДж/(кг*°C).

На первый взгляд можно решить, что дерево - более теплоемкий материал, нежели бетон. Это действительно так, ведь древесина содержит практически в 3 раза больше тепловой энергии, нежели бетон. Для нагрева 1 кг дерева нужно потратить 2,3 кДж тепловой энергии, но при остывании оно также отдаст в пространство 2,3 кДж. При этом 1 кг бетонной конструкции способен аккумулировать и, соответственно, отдать только 0,84 кДж.

Но не стоит спешить с выводами. Например, нужно узнать, какую теплоемкость будет иметь 1 м 2 бетонной и деревянной стены толщиной 30 см. Для этого сначала нужно посчитать вес таких конструкций. 1 м 2 данной бетонной стены будет весить: 2300 кг/м 3 *0,3 м 3 = 690 кг. 1 м 2 деревянной стены будет весить: 500 кг/м 3 *0,3 м 3 = 150 кг.

• для бетонной стены: 0,84*690*22 = 12751 кДж;
• для деревянной конструкции: 2,3*150*22 = 7590 кДж.

Из полученного результата можно сделать вывод, что 1 м 3 древесины будет практически в 2 раза меньше аккумулировать тепло, чем бетон. Промежуточным материалом по теплоемкости между бетоном и деревом является кирпичная кладка, в единице объема которой при тех же условиях будет содержаться 9199 кДж тепловой энергии. При этом газобетон, как строительный материал, будет содержать только 3326 кДж, что будет значительно меньше дерева. Однако на практике толщина деревянной конструкции может быть 15-20 см, когда газобетон можно уложить в несколько рядов, значительно увеличивая удельную теплоемкость стены.

Наверное, одной из важнейших составляющих комфортного проживания в доме является оптимальная температура. Из этой статьи вы узнаете, как рассчитывать теплоемкость и идеальный тепловой режим здания.

Правила расчета теплоемкости помещения

По норме температура в помещении зимой в среднем должна составлять не ниже 18 градусов (в угловых комнатах не ниже 20 градусов). Чтобы обогреть помещение в основном используют радиаторы секционного, панельного и трубчатого типов. Для стандартных отопительных приборов, как правило, устанавливается давление от 6 до 15 атм (в зданиях выше 16 этажей). Подбирая радиатор, нужно присмотреться к его тепловой мощности и рабочему давлению.

Необходимую мощность для прогревания помещения, рассчитывается так: умножаете площадь помещения (кв. м.) примерно на 0,1 Вт . При наличие хороших стеклопакетов в помещении, от той суммы, которая получилась, отнимите 10-20 процентов. Ну, а если помещение угловое, то нужно прибавить 25 процентов. Потеря мощности радиатора установленного под окном составляет примерно 10 процентов.

При неутепленном коробе батарея теряет примерно 15-20 процентов тепла. У одной секции радиатора теплоотдачу можно уточнить у продавца-консультанта или же на сайте производителя.

Конечно же, на объем тепла исходящего от нагревательного прибора, влияет не только текущая работа теплоносителя, но и количество поступающей воды. В общей системе отопления, возможно использовать и естественную циркуляцию воды и принудительную (для этого нужно дополнительно вмонтировать в систему циркуляционный насос). Это так же нужно учитывать при расчетах. Благодаря этому насосу, вода (теплоноситель) распределяется по системе равномерно (температура на верхней и нижней частях радиатора одинакова).

Формула тепловой мощности и другие варианты расчета теплового режима помещения

Если нужны расчеты более точные, то нужно использовать формулу тепловой мощности. В зависимости от прямого назначения помещения его тепловой режим может быть постоянным и переменным. Постоянный тепловой режим помещения круглосуточно поддерживается в административных, жилых и производственных зданиях. При определении отопительной нагрузки берется в расчет отдельный тепловой баланс каждого помещения. При этом необходимо чтобы каждая отопительная система компенсировала теплопотери.

Общая тепловая мощность для отопительной системы, в Ватт, можно определить по формуле:

Qт.м. =. Qогражд. + Qин – Qб

При этом:

Qогражд. — является теплом потери от ограждающих конструкций (Ватт);
Qин. — является теплопотерей от нагревания инфильтрирующего воздуха, что заходит через окна, щели, ворота и т.д. (Ватт);
Qб. — приход тепла от бытовых источников (Вт).

Таплопотери ограждающих конструкций, (Ватт), можно определить по формуле:

Qогр. = Fnk (tв – tн) (1 +)

При этом:

F — является общей площадью ограждения, (кв.м.);
n — является коэффициентом расположения у наружной конструкции ограждения, в соотношении с наружном воздухом;
k — является специальным коэффициентом теплопередачи у ограждения;
tв — является общей температурой воздуха в помещение;
tн — является температурой внешнего воздуха.

Вносимые дополнительные теплопотери: =1+4+5+2+3

При этом: 1— вносимые теплопотери в соотношении к сторонам света:

• Север= 0.1 – 1,
• Восток = 0.1 — З,
• Юг-Вост = 0.05 – 1 =0.05 Юг,
• Юг-Зап = 0 – 1 =0 2 — дополнительные теплопотери на продуваемость помещения, если наружных стен две и более.

В жилых помещения tв прибавляют на 2 градуса, в прочих — 2 (0.05), ну а 3 — дополнительные теплопотери при введенной расчетной температуре наружного воздуха. Берут для полов без подогрева (на первых этажах) при tн = — 40 градусов в размере 0.05. 4 – дополнительные теплопотери на специальный прогрев сквозного холодного воздуха, сквозь двери наружу. 5 — добавочная по высоте помещения. На каждый последующий метр более четырех, принимают 0.02, но не более 0.15.

Конечно, рассчитывая теплоемкость нужно учитывать, что некоторые людям приходится бороться с зимними холодами в помещении, а другим справляться с изнуряющей жарой, все это из-за ошибок в расчетах и проектировании.

Важно позаботиться о том, чтобы были установлены дополнительные устройства регулировки на батареях (краны-терморегуляторы).

В строительстве очень важной характеристикой является теплоемкость строительных материалов. От нее зависят теплоизоляционные характеристики стен постройки, а соответственно, и возможность комфортного пребывания внутри здания. Прежде, чем приступить к ознакомлению с теплоизоляционными характеристиками отдельных строительных материалов, необходимо понять, что собой представляет теплоемкость и как она определяется.

Удельная теплоемкость материалов

Теплоемкость – это физическая величина, описывающая способность того или иного материала накапливать в себе температуру от нагретой окружающей среды. Количественно удельная теплоемкость равна количеству энергии, измеряемой в Дж, необходимой для того, чтобы нагреть тело массой 1 кг на 1 градус.
Ниже представлена таблица удельной теплоемкости наиболее распространенных в строительстве материалов.

• вид и объем нагреваемого материала (V);
• показатель удельной теплоемкости этого материала (Суд);
• удельный вес (mуд);
• начальную и конечную температуры материала.

Теплоемкость строительных материалов

Теплоемкость материалов, таблица по которой приведена выше, зависит от плотности и коэффициента теплопроводности материала.

А коэффициент теплопроводности, в свою очередь, зависит от крупности и замкнутости пор. Мелкопористый материал, имеющий замкнутую систему пор, обладает большей теплоизоляцией и, соответственно, меньшей теплопроводностью, нежели крупнопористый.

Это очень легко проследить на примере наиболее распространенных в строительстве материалов. На рисунке, представленном ниже, показано каким образом влияет коэффициент теплопроводности и толщина материала на теплозащитные качества наружных ограждений.

Поэтому нельзя доверять исключительно показателю относительной плотности материала, а стоит учитывать и другие его характеристики.

Сравнительная характеристика теплоемкости основных строительных материалов

Для того, чтобы сравнить теплоемкость наиболее популярных строительных материалов, таких дерево, кирпич и бетон, необходимо рассчитать величину теплоемкости для каждого из них.

В первую очередь нужно определиться с удельной массой дерева, кирпича и бетона. Известно, что 1 м3 дерева весит 500 кг, кирпича – 1700 кг, а бетона – 2300 кг. Если мы берем стенку, толщина которой составляет 35 см, то путем нехитрых расчетов получим, что удельная масса 1 кв.м дерева составит 175 кг, кирпича – 595 кг, а бетона – 805 кг.
Далее выберем значение температуры, при которой будет происходить накопление тепловой энергии в стенах. Например, это будет происходить в жаркий летний день с температурой воздуха 270С. Для выбранных условий рассчитываем теплоемкость выбранных материалов:

1. Стена из дерева: С=СудхmудхΔТ; Сдер=2,3х175х27=10867,5 (кДж);
2. Стена из бетона: С=СудхmудхΔТ; Сбет=0,84х805х27= 18257,4 (кДж);
3. Стена из кирпича: С=СудхmудхΔТ; Скирп=0,88х595х27= 14137,2 (кДж).

Из произведенных расчетов видно, что при одинаковой толщине стены наибольшим показателем теплоемкости обладает бетон, а наименьшим – дерево. О чем это говорит? Это говорит о том, что в жаркий летний день максимальное количество тепла будет накапливаться в доме, выполненном из бетона, а наименьшее – из дерева.

Этим объясняет тот факт, что в деревянном доме в жаркую погоду прохладно, а в холодную погоду тепло. Кирпич и бетон легко накапливают в себе достаточно большое количество тепла из окружающей среды, но так же легко и расстаются с ним.

Для создания комфортных условий в помещении необходимо, чтобы стены обладали высоким показателем теплоемкости и низким коэффициентом теплопроводности. В этом случае стены дома будут в состоянии накапливать тепловую энергию окружающей среды, но при этом препятствовать проникновению теплового излучения внутрь помещения.

Чтобы определить, какой толщины возводить стену при постройке дома, нужно научиться рассчитать теплопроводность стен. Этот показатель зависит от используемых строительных материалов, климатических условий.

Нормы толщины стен в южных и северных регионах будут различаться. Если не сделать расчет до начала строительства, то может оказаться так, что в доме зимой будет холодно и сыро, а летом слишком влажно.

Для чего нужен расчет

Чтобы сэкономить на отоплении и способствовать созданию здорового микроклимата в помещении, нужно правильно и утеплительных материалов, которые будем использовать при строительстве. По закону физики, когда на улице холодно, а в помещении тепло, то через стену и кровлю тепловая энергия выходит наружу.

• зимой стены будут промерзать;
• на обогрев помещения будут затрачиваться значительные средства;
• сместиться , что приведет к образованию конденсата и влажности в помещении, заведется плесень;
• летом в доме будет так же жарко, как и под палящим солнцем.

Чтобы избежать этих неприятностей, нужно перед началом строительства просчитать показатели теплопроводности материала и определиться, какой толщины возводить стену, и каким теплосберегающим материалом ее утеплять.

От чего зависит теплопроводность

Проводимость тепла рассчитывают исходя из количества тепловой энергии, проходящей через материал площадью 1 кв. м. и толщиной 1 м при разнице температур внутри и снаружи в один градус. Испытания проводят в течение 1 часа.

Проводимость тепловой энергии зависит от:

• физических свойств и состава вещества;
• химического состава;
• условий эксплуатации.

Теплосберегающими считаются материалы с показателем менее 17 ВТ/ (м·°С).

Выполняем расчеты

По теплопроводности является важным фактором в строительстве. При проектировании зданий архитектор рассчитывает толщину стен, но это стоит дополнительных денег. Чтобы сэкономить, можно разобраться, как рассчитать нужные показатели самостоятельно.

Скорость передачи тепла материалом зависит от компонентов, входящих в его состав. Сопротивление передачи тепла должно быть больше минимального значения, указанного в нормативном документе «Тепловая изоляция зданий».

Рассмотрим, как рассчитать толщину стены в зависимости от применяемых в строительстве материалов.

Формула расчета:

R=δ/ λ (м2·°С/Вт), где:

δ это толщина материала, используемого для строительства стены;

λ показатель удельной теплопроводности, рассчитывается в (м2·°С/Вт).

Когда приобретаете стройматериалы, в паспорте на них обязательно должен быть указан коэффициент теплопроводности.

Значения параметров для жилых домов указаны в СНиП II-3-79 и СНиП 23-02-2003.

Допустимые значения в зависимости от региона

Минимально допустимое значение проводимости тепла для различных регионов указано в таблице:

Показатели теплопередачи для различных материалов

Величины проводимости тепла материалами и их плотность указаны в таблице:

Теплопроводность строительных материалов зависит от их плотности и влажности. Одни и те же материалы, изготовленные разными производителями, могут отличаться по свойствам, поэтому коэффициент нужно смотреть в инструкции к ним.

Расчет многослойной конструкции

Если стену будем строить из различных материалов, допустим, минеральная вата, штукатурка, рассчитывать величины следует для каждого отдельного материала. Зачем полученные числа суммировать.

В этом случае стоит работать по формуле:

Rобщ= R1+ R2+…+ Rn+ Ra, где:

R1-Rn- термическое сопротивление слоев разных материалов;

Ra.l- термосопротивление закрытой воздушной прослойки. Величины можно узнать в таблице 7 п. 9 в СП 23-101-2004. Прослойка воздуха не всегда предусмотрена при постройке стен. Подробнее о расчетах смотрите в этом видео:

На основании этих подсчетов можно сделать вывод о том, можно ли применять выбранные стройматериалы, и какой они должны быть толщины.

Последовательность действий

Первым делом, нужно выбрать строительные материалы, которые будете использовать для постройки дома. После этого рассчитываем термическое сопротивление стены по описанной выше схеме. Полученные величины следует сравнивать с данными таблиц. Если они совпадают или оказываются выше, хорошо.

Если величина ниже, чем в таблице, тогда нужно увеличить или стены, и снова выполнить подсчет. Если в конструкции присутствует воздушная прослойка, которая вентилируется наружным воздухом, тогда в учет не следует брать слои, находящиеся между воздушной камерой и улицей.

Как выполнить подсчеты на онлайн калькуляторе

Чтобы получить нужные величины, стоит ввести в онлайн калькулятор регион, в котором будет эксплуатироваться постройка, выбранный материал и предполагаемую толщину стен.

В сервис занесены сведения по каждой отдельной климатической зоне:

• t воздуха;
• средняя температура в отопительный сезон;
• длительность отопительного сезона;
• влажность воздуха.

Сведения, одинаковые для всех регионов:

• температура и влажность воздуха внутри помещения;
• коэффициенты теплоотдачи внутренних, наружных поверхностей;
• перепад температур.

Чтобы дом был теплым, и в нем сохранялся здоровый микроклимат, при выполнении строительных работ нужно обязательно выполнять расчет теплопроводности материалов стены. Это несложно сделать самостоятельно или воспользовавшись онлайн калькулятором в интернете. Подробнее о том, как пользоваться калькулятором, смотрите в этом видео:

Для гарантировано точного определения толщины стен можно обратиться в строительную компанию. Ее специалисты выполнят все необходимые расчеты согласно требованиям нормативных документов.