U-значение: Показатель теплоизоляции
U-значение (ранее k-значение) — это ключевой показатель для оценки качества теплоизоляции строительных элементов. В этой статье объясняется, что такое U-значение: оно показывает, сколько тепла проходит через квадратный метр поверхности элемента в секунду при разнице температур в один Кельвин.
Что означает U-значение?
Определение: U-значение показывает тепловой поток в ваттах, проходящий через 1 м² поверхности элемента, если разница температур между внутренней и внешней сторонами составляет 1 Кельвин (= 1°C).
Единица измерения: Вт/(м²·К) – ватты на квадратный метр и Кельвин
Основное правило
- Низкое U-значение = Меньше потерь тепла = Хорошая изоляция
- Высокое U-значение = Больше потерь тепла = Плохая изоляция
| U-значение | Оценка | Пример |
|---|---|---|
| 0,1 - 0,2 Вт/м²К | Очень хорошо | Стена пассивного дома |
| 0,2 - 0,3 Вт/м²К | Хорошо | Стандарт нового строительства |
| 0,3 - 0,5 Вт/м²К | Средне | Реконструированное старое здание |
| 0,5 - 1,0 Вт/м²К | Умеренно | Частично утеплено |
| > 1,0 Вт/м²К | Плохо | Неутепленное старое здание |
Пример расчета: Что означает U-значение на практике?
Внешняя стена с:
- Площадь: 10 м²
- U-значение: 0,24 Вт/м²К
- Внутренняя температура: 20°C
- Внешняя температура: 0°C
Расчет: Тепловой поток = U × A × ΔT = 0,24 × 10 × 20 = 48 Вт
При -10°C снаружи: 0,24 × 10 × 30 = 72 Вт
Для сравнения: Неутепленная стена с U = 1,5 Вт/м²К:
Тепловой поток = 1,5 × 10 × 30 = 450 Вт – более чем в 6 раз больше!
Как рассчитывается U-значение?
U-значение определяется из тепловых сопротивлений всех слоев:
Формула: U = 1 / RT
где RT = Rsi + R1 + R2 + ... + Rn + Rse
- RT = Общее тепловое сопротивление (м²К/Вт)
- Rsi = Внутреннее тепловое сопротивление
- R1, R2... = Тепловые сопротивления слоев
- Rse = Внешнее тепловое сопротивление
Сопротивление слоя
Каждый слой материала имеет свое тепловое сопротивление:
Формула: R = d / λ
- R = Тепловое сопротивление (м²К/Вт)
- d = Толщина слоя (м)
- λ = Теплопроводность (Вт/мК)
Теплопроводность λ
Теплопроводность λ (Лямбда) — это свойство материала:
| Материал | λ (Вт/мК) | Оценка |
|---|---|---|
| Медь | 380 | Очень проводящий |
| Сталь | 50 | Очень проводящий |
| Бетон | 2,1 | Проводящий |
| Полнотелый кирпич | 0,8 | Умеренно проводящий |
| Дерево | 0,13 | Слабо проводящий |
| Минеральная вата | 0,035 | Изоляционный материал |
| EPS (пенополистирол) | 0,035 | Изоляционный материал |
| PUR/PIR | 0,024 | Высокоэффективный изоляционный материал |
| Воздух (покой) | 0,025 | Теоретически оптимально |
Чем ниже λ, тем лучше изолирует материал. Изоляционные материалы имеют λ-значения ниже 0,1 Вт/мК – типично 0,03-0,04 Вт/мК.
Тепловые сопротивления на поверхности
На поверхностях происходит теплопередача между воздухом и элементом:
| Ситуация | Rsi (внутри) | Rse (снаружи) |
|---|---|---|
| Вверх (потолок) | 0,10 м²К/Вт | 0,04 м²К/Вт |
| Горизонтально (стена) | 0,13 м²К/Вт | 0,04 м²К/Вт |
| Вниз (пол) | 0,17 м²К/Вт | 0,04 м²К/Вт |
Полный пример расчета
Внешняя стена с системой утепления:
| Слой | d (см) | λ (Вт/мК) | R (м²К/Вт) |
|---|---|---|---|
| Внутренняя штукатурка | 1,5 | 0,70 | 0,02 |
| Кирпичная кладка | 24 | 0,79 | 0,30 |
| EPS-утеплитель | 14 | 0,035 | 4,00 |
| Внешняя штукатурка | 1,5 | 0,87 | 0,02 |
Расчет: RT = 0,13 + 0,02 + 0,30 + 4,00 + 0,02 + 0,04 = 4,51 м²К/Вт
U = 1 / 4,51 = 0,22 Вт/м²К
14 см утеплителя (R = 4,00) составляют более 88% общего сопротивления!
U-значения различных строительных элементов
Внешние стены по возрасту строительства
| Год постройки | Конструкция | Типичное U-значение |
|---|---|---|
| до 1918 | Полнотелый кирпич 50см | 1,2-1,5 Вт/м²К |
| 1919-1948 | Полнотелый кирпич 38см | 1,4-1,7 Вт/м²К |
| 1949-1968 | Полый блок 30см | 1,0-1,4 Вт/м²К |
| 1969-1978 | Полый блок + 4см утеплителя | 0,6-0,9 Вт/м²К |
| 1979-1994 | Газобетон/утеплитель | 0,4-0,6 Вт/м²К |
| 1995-2009 | Утеплитель 10-12см | 0,3-0,4 Вт/м²К |
| с 2010 | Утеплитель 14-20см | 0,2-0,28 Вт/м²К |
| Пассивный дом | Утеплитель 30см+ | < 0,15 Вт/м²К |
Окна по поколению
| Поколение | Остекление | Ug-значение | Uw-значение |
|---|---|---|---|
| до 1978 | Одинарное стекло | 5,8 | 5,0-5,5 |
| 1978-1995 | Двойное без LowE | 3,0 | 2,7-3,1 |
| 1995-2005 | Двойное с LowE | 1,1 | 1,3-1,6 |
| 2005-2015 | Тройное стандартное | 0,7 | 1,0-1,2 |
| с 2015 | Тройное премиум | 0,5 | 0,8-0,9 |
Ug vs. Uw:
- Ug = U-значение только остекления (g = glazing)
- Uw = U-значение всего окна включая раму (w = window)
- Рама часто хуже, чем остекление!
Крыша/Верхнее перекрытие
| Состояние | Типичное U-значение |
|---|---|
| Неутеплено | 2,0-3,5 Вт/м²К |
| 6см утеплителя | 0,5-0,6 Вт/м²К |
| 12см утеплителя | 0,25-0,30 Вт/м²К |
| 20см утеплителя | 0,15-0,18 Вт/м²К |
| 30см утеплителя | 0,10-0,12 Вт/м²К |
Подвальное перекрытие/Фундаментная плита
| Состояние | Типичное U-значение |
|---|---|
| Неутеплено | 0,8-1,2 Вт/м²К |
| 6см утеплителя | 0,4-0,5 Вт/м²К |
| 10см утеплителя | 0,25-0,30 Вт/м²К |
| 16см утеплителя | 0,15-0,20 Вт/м²К |
Требования российского законодательства
В России и странах СНГ действуют свои нормы и стандарты по теплоизоляции зданий. Например, для расчета тепловых потерь используется ГОСТ 30494-2011, а для оценки теплоизоляции строительных конструкций - СНиП 23-02-2003. Эти стандарты аналогичны DIN EN ISO 6946 и DIN 4108-2, используемым в Германии.
При реконструкции отдельных элементов
| Элемент | Максимальное U-значение (по СНиП) |
|---|---|
| Внешняя стена | 0,28 Вт/м²К |
| Крыша/верхнее перекрытие | 0,20 Вт/м²К |
| Подвальное перекрытие | 0,35 Вт/м²К |
| Окна | 1,30 Вт/м²К (Uw) |
| Входные двери | 1,80 Вт/м²К |
Новое строительство (эталонное здание)
| Элемент | Эталонное U-значение |
|---|---|
| Внешняя стена | 0,28 Вт/м²К |
| Крыша | 0,20 Вт/м²К |
| Фундаментная плита | 0,35 Вт/м²К |
| Окна | 1,30 Вт/м²К |
Внимание: Значения по СНиП являются минимальными требованиями. Для экономичной системы отопления (особенно для тепловых насосов) часто целесообразно использовать более низкие U-значения!
Ошибки при указании U-значений
1. Лабораторные значения против реальности
| Фактор | Влияние на U-значение |
|---|---|
| Влажность в кладке | +10 до +30% |
| Неполная изоляция | +20 до +50% |
| Тепловые мосты (не учтены) | Дополнительно 0,05-0,15 Вт/м²К |
2. Различные методы расчета
- Упрощенный метод: Табличные значения по возрасту строительства
- Детализированный расчет: Послойное строение
- Измерение: На месте с помощью теплового потока
3. Путаница в обозначениях
| Символ | Значение |
|---|---|
| U | Коэффициент теплопередачи (элемент) |
| Ug | U-значение остекления |
| Uw | U-значение всего окна |
| Uf | U-значение рамы окна |
| λ | Теплопроводность (материал) |
| R | Тепловое сопротивление |
Улучшение U-значения с помощью изоляции
Сколько изоляции дает какое U-значение?
Пример: Внешняя стена (исходное значение 1,4 Вт/м²К)
| Дополнительная изоляция | Новое U-значение | Улучшение |
|---|---|---|
| 4 см (λ = 0,035) | 0,55 Вт/м²К | -61% |
| 8 см | 0,34 Вт/м²К | -76% |
| 12 см | 0,25 Вт/м²К | -82% |
| 16 см | 0,20 Вт/м²К | -86% |
| 20 см | 0,16 Вт/м²К | -89% |
Закон убывающей предельной полезности: Первые сантиметры изоляции приносят наибольшую пользу. От 0 до 8 см эффективнее, чем от 16 до 24 см!
Калькулятор тепловой нагрузки
Наш калькулятор тепловой нагрузки работает с U-значениями:
- Каталог строительных элементов с более чем 150 типичными конструкциями
- Автоматическая оценка U-значения по возрасту строительства
- Ручной ввод для известных U-значений
- Предложения по реконструкции с улучшенными U-значениями
Рассчитайте сейчас: Определите тепловую нагрузку вашего здания и посмотрите, как улучшения U-значения влияют на нее — с нашим калькулятором тепловой нагрузки.
Дополнительные статьи
- Потери тепла через ограждающие конструкции – Как U-значения влияют на тепловую нагрузку
- Тепловые мосты – Скрытые слабые места
- Рекомендации по реконструкции – Улучшение U-значений
- Что такое тепловая нагрузка? – Вернуться к основам
Источники
- ГОСТ 30494-2011 – Здания – Тепловые потери и теплопередача
- СНиП 23-02-2003 – Тепловая защита зданий
- ГОСТ 26602.1-99 – Окна и двери – Теплотехнические характеристики
- Федеральный закон №261-ФЗ – Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности