Потери тепла через ограждающие конструкции: когда тепло уходит через стены
Потери тепла через ограждающие конструкции возникают, когда тепло "течет" через твердые строительные элементы изнутри наружу. Они составляют 60-80% от общей тепловой нагрузки большинства зданий и являются ключевым моментом для энергетической модернизации. В этой статье объясняется расчет и даются практические советы по их снижению.
Физический принцип
Тепло всегда движется от теплого к холодному – это второй закон термодинамики. В отапливаемом здании это означает:
- Внутри: 20°C (тепло)
- Снаружи: -10°C (холодно)
- Разница температур: 30 K (Кельвин)
Чем больше разница температур, тем больше тепла уходит наружу.
Аналогия: Представьте себе горячий кофе. Чем холоднее окружающая среда, тем быстрее он остывает. Чашка подобна оболочке здания – чем лучше изоляция (термос), тем медленнее теряется тепло.
Три способа передачи тепла
Тепло может передаваться тремя способами:
| Способ | Описание | Пример в здании |
|---|---|---|
| Теплопроводность | Через твердые материалы | Через стену |
| Конвекция | Через поток воздуха | Движение воздуха у поверхностей |
| Излучение | Через электромагнитные волны | Излучение тепла стеной |
При передаче тепла все три способа работают вместе:
- Тепло передается от воздуха в помещении к внутренней стене (конвекция + излучение)
- Тепло проходит через стену (теплопроводность)
- Тепло передается от внешней стены к наружному воздуху (конвекция + излучение)
Формула расчета
Потери тепла через ограждающие конструкции рассчитываются по ГОСТ Р 55656-2013 (аналог DIN EN 12831-1):
Формула: ΦT = HT × (θi - θe)
где HT = Σ (U × A × fT) + ΔUWB × A
- ΦT = Потери тепла через ограждающие конструкции (Вт)
- HT = Коэффициент потерь тепла через ограждающие конструкции (Вт/К)
- θi = Температура внутри (°C)
- θe = Нормативная температура снаружи (°C)
- U = Коэффициент теплопередачи элемента (Вт/м²К)
- A = Площадь элемента (м²)
- fT = Температурный корректирующий фактор
- ΔUWB = Надбавка за тепловые мосты (Вт/м²К)
Температурный корректирующий фактор fT
Не все элементы граничат непосредственно с наружным воздухом. Фактор fT учитывает это:
| Граничение | fT | Объяснение |
|---|---|---|
| Наружный воздух | 1,0 | Полная разница температур |
| Неотапливаемый подвал | 0,5 | Подвал теплее, чем снаружи |
| Грунт | 0,3-0,6 | Температура грунта относительно постоянна |
| Неотапливаемый гараж | 0,8 | Гараж немного теплее, чем снаружи |
| Отапливаемый сосед | 0,0 | Нет разницы температур |
Пример: Потолок подвала с U = 0,5 Вт/м²К и fT = 0,5 имеет такие же эффективные потери тепла, как и внешняя стена с U = 0,25 Вт/м²К.
Элементы и их коэффициенты U
Основные элементы и типичные коэффициенты U для сравнения:
Внешние стены
| Год постройки | Тип стены | Коэффициент U | Оценка |
|---|---|---|---|
| до 1970 | Полнотелый кирпич 36см | 1,4-1,6 Вт/м²К | Плохо |
| 1970-1990 | Пустотелый блок 30см | 0,8-1,2 Вт/м²К | Средне |
| 1990-2010 | Газобетон 30см | 0,4-0,6 Вт/м²К | Хорошо |
| после 2010 | Система утепления 16см | 0,2-0,3 Вт/м²К | Отлично |
| Пасивный дом | Система утепления 30см+ | < 0,15 Вт/м²К | Очень хорошо |
Окна
| Поколение | Остекление | Коэффициент U (Uw) | Оценка |
|---|---|---|---|
| до 1980 | Одинарное стекло | 5,0-5,8 Вт/м²К | Очень плохо |
| 1980-1995 | Двойное без LowE | 2,7-3,0 Вт/м²К | Плохо |
| 1995-2010 | Двойное с LowE | 1,3-1,6 Вт/м²К | Средне |
| после 2010 | Тройное с LowE | 0,7-1,0 Вт/м²К | Хорошо |
| Пасивный дом | Тройное специальное | < 0,8 Вт/м²К | Очень хорошо |
Крыша
| Утепление | Коэффициент U | Оценка |
|---|---|---|
| Без утепления | 2,0-3,0 Вт/м²К | Очень плохо |
| Утепление 8см | 0,4-0,5 Вт/м²К | Средне |
| Утепление 16см | 0,2-0,25 Вт/м²К | Хорошо |
| Утепление 24см+ | < 0,15 Вт/м²К | Очень хорошо |
Пример расчета
Комната с следующими элементами при θi = 20°C и θe = -12°C:
| Элемент | Площадь | Коэффициент U | fT | Доля HT |
|---|---|---|---|---|
| Внешняя стена | 15 м² | 0,28 Вт/м²К | 1,0 | 4,2 Вт/К |
| Окно | 4 м² | 1,3 Вт/м²К | 1,0 | 5,2 Вт/К |
| Крыша | 12 м² | 0,20 Вт/м²К | 1,0 | 2,4 Вт/К |
| Потолок подвала | 20 м² | 0,35 Вт/м²К | 0,5 | 3,5 Вт/К |
| Итого | 15,3 Вт/К |
Расчет: ΦT = 15,3 Вт/К × (20°C - (-12°C)) = 15,3 × 32 = 489,6 Вт
Комната теряет при -12°C наружной температуре почти 490 Вт через ограждающие конструкции.
Где теряются наибольшие количества тепла?
Типичное распределение потерь тепла через ограждающие конструкции:
| Элемент | Доля | Почему? |
|---|---|---|
| Окна | 25-35% | Высокие коэффициенты U, несмотря на небольшую площадь |
| Внешние стены | 25-30% | Большая площадь |
| Крыша | 15-25% | Теплый воздух поднимается вверх |
| Подвал/пол | 10-15% | Частично компенсируется грунтом |
| Тепловые мосты | 5-15% | Часто недооцениваются |
Внимание: Окна имеют наименьшую площадь, но часто самый высокий коэффициент U. Окно площадью 2 м² с U = 1,3 Вт/м²К теряет столько же тепла, сколько 10 м² хорошо утепленной стены с U = 0,26 Вт/м²К!
Меры по снижению
1. Утепление внешних стен
| Мера | Инвестиции | Улучшение коэффициента U |
|---|---|---|
| Система утепления 12см | 80-120 €/м² | с 1,4 до 0,28 Вт/м²К |
| Утепление полости | 20-40 €/м² | с 1,0 до 0,4 Вт/м²К |
| Внутреннее утепление | 50-80 €/м² | с 1,4 до 0,5 Вт/м²К |
2. Замена окон
| Мера | Инвестиции | Улучшение коэффициента U |
|---|---|---|
| Двойное → тройное | 300-500 €/м² | с 1,4 до 0,9 Вт/м²К |
| Полная замена (тройное) | 400-600 €/м² | в зависимости от исходного состояния |
3. Утепление крыши
| Мера | Инвестиции | Улучшение коэффициента U |
|---|---|---|
| Межстропильное 16см | 40-60 €/м² | с 0,5 до 0,22 Вт/м²К |
| Надстропильное 20см | 100-150 €/м² | с 0,5 до 0,16 Вт/м²К |
| Утепление верхнего этажа | 20-40 €/м² | с 0,8 до 0,18 Вт/м²К |
Калькулятор тепловой нагрузки
Наш калькулятор тепловой нагрузки автоматически рассчитывает потери тепла через ограждающие конструкции:
- Каталог элементов с более чем 150 типичными конструкциями
- Автоматическое определение коэффициента U по году постройки
- Корректирующие факторы для грунта, неотапливаемых помещений и т.д.
- Надбавки за тепловые мосты по строительным стандартам
Рассчитайте сейчас: Определите потери тепла через ограждающие конструкции вашего здания с помощью нашего калькулятора тепловой нагрузки.
Дополнительные статьи
- Коэффициент U объяснён – Подробно о важнейшей характеристике элементов
- Тепловые мосты – Скрытые тепловые потери
- Потери тепла через вентиляцию – Другая составляющая тепловой нагрузки
- Что такое тепловая нагрузка? – Вернуться к обзору
Источники
- ГОСТ Р 55656-2013 – Методика расчета нормативной тепловой нагрузки
- СНиП 23-02-2003 – Тепловая защита зданий
- ГОСТ Р 54851-2011 – Строительные конструкции – Сопротивление теплопередаче и коэффициент теплопередачи