Расчет толщины утеплителя для стен каркасного дома

Каркасные дома привлекают частных застройщиков и строительные компании низкой стоимостью квадратного метра и скоростью возведения конструкции до этапа отделочных работ. Один из ключевых этапов проектирования — выбор утеплителя и расчет толщины теплоизоляционного слоя стен, соответствующей особенностям региона и нормам тепловой защиты зданий.

Содержание статьи:

Особенности конструкции пирога утепления каркасной стены

С точки зрения теплотехники каркасные стены относятся к однослойным конструкциям. За несущие способности отвечает каркас, а теплоизоляцию обеспечивает утеплитель, расположенный между стойками и тонкими обшивками. Иногда снаружи есть еще дополнительный слой теплоизоляции, который укладывают между надставками (горизонтальной обрешеткой из бруска), прикрепленными к основным и промежуточным стойкам каркаса. К дополнительному утеплению прибегают в регионах с холодным климатом, когда размер сечения бруса (высота) меньше расчетной толщины выбранного теплоизоляционного материала.

И в наиболее полном виде каркасная стена имеет такой вид:

Внутренняя обшивка: декоративные панели, фанера, ОСП или ГКЛ под финишную отделку.
Обрешетка. Служит для крепления обшивки и создает воздушный зазор, необходимый по условиям укладки пароизоляционных пленок.
Пароизоляция: специальные пленки (в том числе, с отражающим металлизированным слоем), строительная бумага, строительный крафт-картон с прослойкой из полиэтиленовой пленки (HDPE). Пароизоляцию укладывают непрерывным слоем, внахлест полотнищ и кусков. Обязательно проклеивают пароизоляционным скотчем швы нахлестов, стыки примыкания пола и потолка, границы оконных и дверных проемов, места выходов инженерных коммуникаций.
Утеплитель. Укладывают между стойками каркаса. Обычно это минеральная вата (базальтовая или стекловата), реже — эковата. Толщину слоя выбирают по результатам расчетов на этапе проектирования и в зависимости от назначения дома. Для летнего дома, или дачи, выбирают толщину 100 мм (по минимальному сечению бруса для стоек). Толщина утеплителя каркасного дома для круглогодичного проживания зависит от климатических особенностей региона.
Горизонтальная теплоизоляция. Укладывают между надставками из бруска сечением 50х50 мм. Используют маты толщиной 50 мм, которые нарезают полосами на 1-2 см больше, чем расстояние между брусками.
Ветрозащита. Используют тонкие волокнистые или стружечные древесные листы, ГКЛ, строительный картон, строительные пленки-мембраны. Назначение — защита от выдувания волокон минеральной ваты. Крепят к продольным брускам.
Обрешетка для крепления фасадных панелей. Также задает вентиляционный зазор между ветрозащитой и внешней декоративной обшивкой.

Теплоизоляционные материалы

Для стен каркасного дома могут быть использованы два больших класса теплоизоляторов: минеральная вата и вспененные полимеры.

Минеральная вата

Различают три вида:

Каменная вата. Изготавливают из расплава вулканических пород. Наиболее распространенный вариант утеплителя для каркасного дома.
Стекловата. По теплоизоляционным свойствам на уровне каменной, но в жилом строительстве сейчас применяют редко. Причина в хрупкости волокон. А стеклянная «пыль» опасна и для монтажника, и для жильцов дома.
Шлаковата. Из-за низких экологических качеств применяют только в промышленном строительстве.

Эковата

Сравнительно новый теплоизолятор, который состоит более чем на 80% из целлюлозы. И хотя в состав добавляют антипирены и другие искусственные присадки, эковата считается экологически чистой.

Два способа укладки (вдувания в полости, образованные тонколистовыми обшивками):

в виде влажной массы;
в сухом состоянии.

Полимерная теплоизоляция

В каркасном строительстве могут применять жесткие плиты из пенополистирола или пенополиуретана, но обычно их используют при производстве сэндвич панелей. Помимо горючести, применение ограничено особенностями плит. Если минераловатные маты можно вырезать чуть больше, и уложить вплотную к элементам конструкции, то жесткие плиты режут «в размер», и при установке остаются щели, которые надо задувать монтажной пеной.

Иногда для утепления используют двухкомпонентный напыляемый пенополиуретан, но для этого необходимо привлекать отдельного подрядчика с профессиональным оборудованием.

Примечание. Насыпные утеплители в каркасных домах могут применять только в перекрытиях.

Расчет толщины

Толщину теплоизоляционного слоя рассчитывают с учетом многих параметров, в том числе, удельной теплопроводности теплоизоляции, теплового сопротивления строительных и отделочных материалов, наличия воздушной прослойки. Также учитывают особенности региона — для каждого есть нормируемый показатель теплового сопротивления стен. А Расчет начинают с выбора материалов для тепловой защиты.

Плотность утеплителя для стен каркасного дома, как правило, выбирают по наименьшему коэффициенту теплопроводности (λ). Для минеральной ваты оптимальное значение объемного веса находится в пределах 40-60 кг/м³. И хотя менее плотные маты стоят дешевле, а коэффициент λ отличается незначительно (на 0.001), невысокая жесткость ограничивает сферу использования утеплением горизонтальных полостей (полы на лагах или чердачные перекрытия).

Расчет толщины минеральной ваты

Минеральная вата это традиционный утеплитель в каркасном деревянном домостроении с хорошими теплосберегающими свойствами и высокой долговечностью. Главное же достоинство — негорючесть.

Производители обязательно указывает характеристики каждого вида своей продукции, но СП 50.13330.2012 в справочном приложении Т есть сводная таблица теплопроводности основных строительных и теплоизоляционных материалов.

У каменной ваты в сухом виде, согласно таблице, коэффициент теплопроводности лежит в пределах 0.035÷0.038 Вт/(м·°C). Причем разница между материалами соседних групп по объемному весу — незначительна. Более того, меньшая плотность утеплителей из каменного волокна автоматически не означает меньшую теплопроводность. И если рассматривать два рабочих варианта с показателями 60 кг/м³ и 50 кг/м³, то в первом случае коэффициент теплопроводности может быть ниже — 36 Вт/(м·°C) против 35 Вт/(м·°C).

У стекловаты теплопроводность в сухом виде немного выше — 0.038-0.046 Вт/(м·°C). И здесь меньший объемный вес не означает, что у материала лучше теплоизоляционные свойства. Наименьшая теплопроводность у плит из стеклянного волокна с плотностью 60 кг/м³ — по мере возрастания и уменьшения плотности, коэффициент λ увеличивается.

В реальности материалы не находятся в сухом состоянии, всегда есть какая-то собственная влажность, которая зависит от условий эксплуатации. А у влажного материала теплопроводность выше. Согласно СНиП 23-02-2003 выделяют условия А и Б:

В условиях А, при 2% собственной влажности, у плит из каменного волокна с плотностью 50-60 кг/м³ коэффициент теплопроводности принимают равным 0.041-0,042 Вт/(м·°C), у плит из стеклянного волокна с такой же плотностью — 0.04-0.041 Вт/(м·°C).
В условиях Б, при 5% собственной влажности. У плит из каменного волокна λ=0.044-0.045 Вт/(м·°C), у плит из стеклянного волокна λ=0.045 Вт/(м·°C).

Как видно, в реальных условиях эксплуатации теплоизоляционные свойства утеплителей из каменного и стеклянного волокна практически одинаковы. И утеплитель выбирают исходя из стоимости материалов и удобства работы.

Примечание. На «пыление» стеклянного волокна в процессе эксплуатации можно не обращать внимание, если правильно проведена пароизоляция изнутри и сделана тщательная послестроительная уборка.

Способ расчета

Точный расчет толщины утеплителя для двухслойных и трехслойных стен довольно сложен, но каркасная стена считается однослойной и задачу можно упростить, не принимая в расчет тепловое сопротивление обшивок и отделки. Для этого достаточно умножить нормируемое для региона значение сопротивления стен на коэффициент теплопроводности (с учетом условий эксплуатации). В этом случае оценка хотя и будет приближенной, но с небольшой погрешностью в сторону большей толщины.

Ниже приведена таблица исходных данных для расчета по некоторым регионам:

Город	Условия эксплуатации	Сопротивление теплопередачи, (м²·°C)/Вт
Архангельск	Б	3.56
Белгород	А	2.86
Москва	Б	3.16
Воронеж	А	3.0
Владимир	Б	3.3
Владикавказ	А	2.59
Иркутск	А	4.05
Санкт-Петербург	Б	3.23
Краснодар	А	2.44
Якутск	А	5.28

Несложно рассчитать толщину стены для каркасника во Владимире с учетом утепления матами каменной ваты плотностью 60 кг/³ для условий Б:

3.3 (м²·°C)/Вт · 0.045 Вт/(м·°C) = 0.1485 м.

Округляя в большую сторону, получают значение толщины 150 мм.

Расчет толщины пенополистирола

Этот вид теплоизоляции применяют в каркасно-щитовых домах, когда фасад изготавливают из заводских сэндвич панелей. Иногда жесткий пенопласт используют в виде дополнительного теплоизоляционного слоя при наружном утеплении.

Расчет теплового сопротивления стены каркасника не зависит от структуры — это по-прежнему однослойная конструкция с точки зрения теплотехники. В той же таблице Т, из справочного приложения к СП 50.13330.2012, указаны коэффициенты теплопроводности для пенополистирола. И точно так же, как и для минеральной ваты, коэффициент λ имеет наименьшее значение 0.036 Вт/(м·°C) при «средних» величинах объемного веса 20-30 кг/м3.

Но при повышении плотности, значение λ критично не растет — для ПСБ-С-35 он равен 0,037 Вт/(м·°C). А понижение объемного веса более заметно сказывается — для ПСБ-С-10 λ=0.041 Вт/(м·°C).

Как видно, в сухом состоянии пенопласт чуть хуже, чем каменная вата. Но в условиях А и Б у пенополистирола ПСБ-С-25 коэффициент теплопроводности чуть лучше: 0.038 Вт/(м·°C) и 0.044 Вт/(м·°C) соответственно. А у ПСБ-С-35 практически такой же: 0.04 Вт/(м·°C) и 0.046 Вт/(м·°C).

Расчет толщины напыляемого пенополиуретана

Для утепления всех видов конструкций, в том числе для заполнения внутренних полостей, применяют ППУ плотностью 40-60 кг/м³ с количеством закрытых ячеек не менее 85%. По теплоизоляционным свойствам ППУ в сухом виде почти не уступает экструдированному пенополистиролу, но, в отличие от него, обеспечивает бесшовное покрытие и максимальное прилегание к элементам конструкции.

Справочные значения λ следующие:

в сухом состоянии — 0.029-0.035 Вт/(м·°C);
в условиях А — 0.031-0.036 Вт/(м·°C);
в условиях В — 0.04-0.041 Вт/(м·°C).

Необходимость во внешнем вентилируемом зазоре

Вентилируемый зазор между ветрозащитой и фасадной облицовкой нужен для нормального влагопереноса из материалов конструкции, если отделочные панели отличаются низкой паропроницаемостью. Воздушная прослойка обеспечивается за счет обрешетки (несущей подсистемы), а такая схема устройства фасада относится к вентилируемой. И по нормам тепловой защиты зданий вентилируемый зазор должен быть не менее 60 мм.

Используя формулы вы легко сможете самостоятельно рассчитать плотность утеплителя для стен каркасного дома и с учетом всех рекомендаций выбрать лучший материал, который подойдет по свойствам для конкретной местности, где строится каркасный дом.