Расчет толщины для наружных стен жилого дома

Чтобы определится с толщиной стены, которая необходима для соответствия нормам энергоэффективности, рассчитывают сопротивление теплопередаче проектируемой конструкции, согласно раздела 9 «Методика проектирования тепловой защиты зданий» СП 23-101-2004.

Сопротивление теплопередаче – это свойство материала, которое показывает, насколько способен удерживать тепло данный материал. Это удельная величина, которая показывает насколько медленно теряется тепло в ваттах при прохождении теплового потока через единичный объем при перепаде температур на стенках в 1°С. Чем выше значение данного коэффициента – тем «теплее» материал.

Все стены (несветопрозрачные ограждающие конструкции) считаются на термоспротивление по формуле:

R=δ/λ (м 2 ·°С/Вт), где:

δ – толщина материала, м;

λ — удельная теплопроводность, Вт/(м ·°С) (можно взять из паспортных данных материала либо из таблиц).

Полученную величину R_общ сравнивают с табличным значением в СП 23-101-2004.

Чтобы ориентироваться на нормативный документ необходимо выполнить расчет количества тепла, необходимого для обогрева здания. Он выполняется по СП 23-101-2004, получаемая величина «градусо·сутки». Правила рекомендуют следующие соотношения.

Таблица 1. Уровни теплозащиты рекомендуемых ограждающих конструкций наружных стен

Сопротивление теплопередаче (м 2 ·°С/Вт) / область применения (°С·сут)

Двухслойные с наружной теплоизоляцией

Трехслойные с изоляцией в середине

С невентили- руемой атмосферной прослойкой

С вентилируемой атмосферной прослойкой

Керамзитобетон (гибкие связи, шпонки)

Блоки из ячеистого бетона с кирпичной облицовкой

Примечание. В числителе (перед чертой) – ориентировочные значения приведенного сопротивления теплопередаче наружной стены, в знаменателе (за чертой) — предельные значения градусо-суток отопительного периода, при которых может быть применена данная конструкция стены.

Полученные результаты необходимо сверить с нормами п. 5. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».

Также следует учитывать климатические условия зоны, где возводится здание: для разных регионов разные требования из-за разных температурных и влажностных режимов. Т.е. толщина стены из газоблока не должна быть одинаковой для приморского района, средней полосы России и крайнего севера. В первом случае необходимо будет скорректировать теплопроводность с учетом влажности (в большую сторону: повышенная влажность снижает термосопротивление), во втором – можно оставить «как есть», в третьем – обязательно учитывать, что теплопроводность материала вырастет из-за большего перепада температур.

Особенности материала

Кирпич является одним из самых технологичных строительных материалов. Благодаря своим отличным эксплуатационно-техническим качествам, он издавна применяется человеком для возведения как небольших одноэтажных построек, так и при строительстве массивных многоэтажных сооружений.

Строительный кирпич с успехом выдерживает нагрузки, в тысячи раз превышающие его собственный вес, а при соблюдении всех технологий кладки, несущие стены кирпичного дома могут без проблем прослужить не один десяток и даже сотен лет. Между тем, долговечность службы зависят от таких технических показателей материала, как коэффициент прочности и морозостойкости.

Показатель морозостойкости материала даёт представление о возможности несущей стены из кирпича противостоять циклам заморозки / оттаивания при смене времён года. Коэффициент морозостойкости непосредственно оказывает влияние на сроки «безаварийной» эксплуатации и зависит от плотности и пористости материала. Чем более высокий коэффициент влагопоглощения, тем ниже устойчивость кирпичных стен к сезонным перепадам температур. Согласно требованиям ГОСТ, минимальная цикличность стройматериала не должна быть ниже 20 – 25 сезонов.

Виды строительного кирпича

Коэффициент прочности вычисляется в зависимости от того, какую нагрузку может выдержать материал без разрушения и деформации. Маркировка производится с шагом в 25-50 единиц и может составлять от М-75 до М-200. Каждая из данных разновидностей имеет свою область использования.

Чем выше этажность здания или предполагаемая нагрузка перекрытий, тем больше должна быть толщина кирпичной кладки. Если для малоэтажной частной застройки вполне подойдёт кирпич марки М-75 и М-100, то для возведения многоэтажек, цоколей и прочих конструкций с высокими эксплуатационными нагрузками следует брать кирпич с маркой прочности не ниже М-150, независимо от того, какова толщина кладки.

Среди недостатков кирпичной кладки следует указать высокую гигроскопичность. Обожжённая глина, служащая основным сырьём для этого строительного материала, способна легко впитывать из атмосферы и удерживать внутри себя воду. Содержащаяся в микропорах и трещинах сырость постепенно приводит к разрушению кирпича, потере им своих прочностных качеств. В связи с этим, наружная кладка должна быть по возможности защищена от воздействия осадков гидроизоляцией или влагоотталкивающими грунтовочными составами.

Другой минус кирпича, как материала – его высокая теплопроводность. Благодаря этому, кирпич уже сам по себе является отличным «мостиком холода», способствующим проникновению внутрь здания мороза извне. Раньше с этим отрицательным свойством боролись, увеличивая толщину несущей кирпичной стены.

В советское время при относительной дешевизне кирпича и недостатке эффективных утеплителей – это был наиболее простой выход из положения. Ещё несколько десятилетий назад толщина стен дома из кирпича в центральных районах страны могла составлять 64 см, а в северных регионах – 1 м и более. Однако сейчас, когда на строительном рынке имеется огромный выбор строительной теплоизоляции, такая толщина кирпичной стены становится ненужным расточительством.

Все проблемы с недостаточной теплоизоляцией здания можно решить с помощью любого подходящего для этих целей утеплителя.

Как правильно определить толщину стен?

Для этого берутся следующие составляющие: материал, конструкция, средняя температура в регионе. При этом в помещении берется за основу температура не менее 18С с грамотно разведенной отопительной системой и наличием утеплителей.

В таблице приведена оптимальная толщина стен из кирпича, блоков и других материалов:

В целом, толщина не должна быть менее 1/15 высоты стены, начиная от гидроизоляционной части и заканчивая нижней части балок перекрытия.

Можно уменьшить толщину стен, но в таком случае необходимо увеличивать теплоизоляционный слой. Для этого применяют минеральную вату, пеноплекс и другие материалы. При этом размещать утеплитель можно не только снаружи, но и изнутри.

Кирпичные стены

Размер кирпича в стандартном исполнении равен 250х120х65 мм. Длина в 250 мм едина для всех видов кирпича. Соответственно, толщина стены имеет именно такой показатель. Для того чтобы дом был действительно теплым, этого параметра недостаточно. Что же делать?

В идеале кирпичная стена должна иметь толщину 510 мм. Каким образом это достигнуть? С помощью двух простенков из кирпичной кладки плюс утеплителя между ними толщиной от 100 мм. На выходе получается толщина, равная 600 мм. Эта цифра вполне подходит для эксплуатации дома в холодных регионах.

Стены из газобетона

Один газобетонный блок имеет длину, равную 600 мм, и высоту, равную 200 мм. Ширина при этом различна – от 300 до 500 мм. Оптимальная толщина стены из такого материала составляет 450 мм. Поэтому стоит выбирать блоки, ширина которых не менее 400 мм плюс отделка изнутри и снаружи.

Дома из керамзитобетона

Керамзитобетонные блоки – популярный материал, который отличается хорошей теплоизоляцией и доступной ценой. Ширина его различна – от 190 до 450 мм. Оптимальная толщина стен из этого материала составляет 380 мм. Это значит, что кладка должна идти в два блока, если выбрана минимальная ширина. Нередко дома из керамзитобетонных блоков дополнительно отделывают кирпичом. В таком случае ширину блочных стен можно снизить.

Стены из бруса

Этот материал редко имеет сечение более 220 мм, при этом оптимальная толщина деревянных стен должна быть не менее 480 мм. Поэтому при строительстве таких домов обязательно использование утеплителя. Это позволит достичь нужных показателей тепла.

Стены из бревен

Один из наиболее теплых и долговечных строительных материалов. Особенно, если выбран диаметр в 350 мм и более. Но и цена немалая. В то же время, потратившись один раз, можно в последующем неплохо сэкономить на утеплении и отоплении коттеджа.

Каркасные стены

Толщина стен каркасного дома зависит от количества и вида слоев. Теплоизоляционной внутренний слой не должен быть менее 150 мм. Также в состав «пирога» входит гипсокартон, цементно-стружечные плиты и ОСБ. Финишная отделка включает обрешетку, мембранную пленку, пароизоляцию и сайдинг. В результате каркасная стена получит толщину от 220 мм и более.

Что касается внутренних перегородок, то здесь куда большее значение имеет шумоизоляция. Оптимальным вариантом могут стать два листа гипсокартона, а между ними звукоизоляционная прослойка. Если же выбор пал на газобетон, керамический или керамзитобетонный блок, то достаточного одного ряда таких материалов. Плюс внутренняя отделка.

Как показывает практика, нет необходимости делать стены слишком толстыми. Куда более целесообразно – дополнительно использовать современные утеплители. Многослойная стена в результате будет тоньше, но теплей.

Толщина несущих стен

Толщина стен может различаться в зависимости строительного материала, из которого возводилось здание и его конструктивных особенностей. Если, например, дом выложен кирпичной кладкой, то минимальная толщина такой несущей стены определяется количеством кирпичей в одном ряду. Если она превышает значение в тридцать восемь сантиметров, то стена является несущей.

Толщина стен из керамзитобетонных блоков составляет в основном четырнадцать сантиметров, размеры несущих стен превышают эти значения и составляют примерно 90 сантиметров.

Толщина стен из газосиликатных блоков зависит от их плотности. При плотности 400 кг/м3 из них можно строить наружные стены одноэтажных домов, хозяйственных построек, подсобных помещений. Плотность газосиликатных блоков 500 кг/м3 дает возможность использовать их при возведении несущих стен при строительстве домов, высотой до трех этажей. Плотность в 700 кг/м3 обеспечивает их использование при строительстве многоэтажных жилых и административных зданий.

Как правило, несущие газобетонные стены изготавливают из блоков, толщиной 30-40 сантиметров. Подробнее о размерах газобетонных блоков мы рассказывали в статье про сравнение газобетона и пенобетона.

Толщина стен из арболита также зависит от его плотности. Арболит представляет собой уникальный материал, в состав которого может входить до девяноста процентов древесной щепы, поэтому по своим качествам он близок к дереву. Блоки из арболита плотностью менее 500 кг/м3 и используют для теплоизоляции, плотность более 500 кг/м3 является конструкционной.

Для сравнения приведем стандартную толщину несущих стен их разных материалов:

• толщина стен из кирпичной кладки — 1,5 м;
• толщина стен из арболита- 0,40 м;
• толщина стен из керамзитобетонных блоков- 0,90 м;
• толщина стен из газосиликатных блоков — 0,40 м.

Какой должна быть толщина стены

Рассмотрим параметры, которые зависят от толщины стены из кирпича.

• Устойчивость, прочность и надежность строения. Важно учитывать, что, когда строится несущая внутренняя или наружная кирпичная стена, она должна быть достаточной толщины, чтобы обеспечивать устойчивость здания и быть способной выдерживать не только вес перекрытий и всех этажей, но и отрицательные внешние воздействия природных явлений, таких как ветер, снег и дождь.
• Долговечность возводимого здания. Данный параметр обеспечивают множество факторов, в числе которых соблюдение технологий строительства, учет особенностей климата и грунта, правильный выбор материалов и т. д. Однако прочность и толщина стены стоят в данном списке на первом месте.
• Звуковая и тепловая изоляция. При возведении кирпичной стены ее ширина должна рассчитываться таким образом, чтобы она смогла оптимально обеспечить изоляцию от холода и внешних звуков. Таким образом, чем толщина кирпичной стены больше, тем она эффективнее защищает от этих факторов. Однако здесь нужно принимать во внимание стоимость стройматериалов. Возводить стены толще, чем предусмотрено стандартами для определенных климатических зон, просто нерационально.

Толщина с применением утеплителя

Теплоизоляционные свойства кирпича не относятся к его достоинствам, поэтому в тех регионах, где царят холодные зимы, приходится делать кладку в более, чем два ряда, что крайне нецелесообразно. Так, в кирпичном доме с толщиной стен 770 миллиметров (три кирпича) тепло сохраняется так же, как в бетонном с 344-миллиметровыми стенами или в деревянном со 127-миллиметровыми стенами. Выходом из ситуации является использование утеплителей, которые позволяют существенно уменьшить толщину стен, тем самым снизив нагрузку на фундамент и сократив расходы.

В таблице приведено сравнение коэффициентов теплопроводности нескольких материалов, ориентируясь на которые, можно определить, какая должна быть толщина стены дома при уменьшении количества кирпичей в кладке.

На основе коэффициента теплопроводности производится расчет коэффициента теплоэффективности по следующей формуле:

Ктэ = s/Ктп, где s – толщина слоя материала (в метрах), Ктп – коэффициент теплопроводности.

Так, коэффициент теплоэффективности 380-миллметровой капитальной стены из кирпича равен: 0,38/0,56 = 0,68. Чтобы такой дом сохранял тепло на уровне здания с 510-миллиметровыми стенами, необходимо добавить минеральную вату со следующей теплоэффективностью: 0,51/0,56 – 0,68 = 0,23. Исходя из этого, легко определить толщину необходимого слоя утеплителя, которая составит: 0,23 х 0,042 = 9,7 миллиметров.

Рекомендуeтся делать теплоизоляционный слой толще, поскольку минимальный коэффициент теплоэффективности, который должен быть у стен в кирпичном многоквартирном доме, равен 2,1.

Минимальный показатель толщины кирпичных стен

Любая стена, внутренняя и внешняя, должна отвечать трем основным параметрам:

• Устойчивости, надежности и прочности. Именно толщина наружных стен и внутренних перегородок обеспечивает эти параметры.
• Долговечность всей конструкции – она зависит не только от ширины стены, но и от типа выбираемого материала. Так, силикатный кирпич достаточно быстро разрушается в условиях повышенной влажности. Тогда как именно стандартный обожженный кирпич из глины показывает в таких условиях длительный срок службы.
• Изоляционные свойства, как тепло-, так и звуко-. На этот параметр непосредственно влияет ширина несущей стеныи перегородок.

Исходя из этого, определена минимальная толщина несущей кирпичной стены, которая составляет — 1/20 или 1/25 от высоты этажа. Так, чаще всего в конструкции до 5 м высотой, используют минимальную несущую стену шириной всего лишь 25 см, что составляет кладку в 1 кирпич.

Долговечность всей конструкции зависит не только от ширины стены, но и от типа выбираемого материала.

Теплопроводность стен

При строительстве домов для постоянного проживания одной прочности уже недостаточно. Здесь также нужно учитывать теплопроводность используемых материалов. В соответствии с расчетами либо определяется необходимая толщина блоков для вашей климатической зоны, либо толщина остается как для летних построек, но дополнительноприменяется утеплитель.

И в этом случае нужно считать по деньгам, что будет дешевле — увеличение толщины стены за счет газобетона или утеплителя.

В соответствии с ГОСТом, регламентирующим основные технические параметры, а также составные характеристики и размеры абсолютно всех ячеистых блоков, теплопроводность такого строительного материала в 4 раза ниже, чем аналогичные показатели полнотелого кирпича, что делает возможным возводить конструкции с более узкими стенами.

Приведу детальное сравнение с полнотелым кирпичем. Теплопроводность газобетона примерно равна 0,10-0,15 Вт/(м*°C). У кирпича этот показатель выше — 0,35-0,5 Вт/(м*°C).

Таким образом, для обеспечения нормальной тепловой эффективности жилого здания для Московского региона (где температура воздуха зимой редко опускается ниже -30 градусов) кирпичная стена должна быть толщиной не менее 640 мм. А при применении в строительстве газобетонных блоков D400 с теплопроводностью 0,10 Вт/(м*°C) стены могут иметь толщину 375 мм и проводить столько же тепловой энергии. Для блоков D500 с теплопроводностью 0,12 Вт/(м*°C) этот показатель будет в границах от 400 до 500 мм. Подробный расчет будет ниже.

Показатели теплопроводности в зависимости от толщины стены:

Между коэффициентом теплопроводности и теплоизоляцией стен существует обратная пропорциональность, что обязательно нужно учитывать при выполнении самостоятельных расчётов.

Пример

Рассмотрим на примере строительство дома в той местности, где наблюдаются в зимний период сильные морозы. Стены в данном случае будут возводиться без какого-либо утеплительного слоя. Толщина стены должна быть около 51 сантиметра. Это говорит о том, что кладка должна осуществляться в 2 кирпича.

Зная параметры стены, то есть высоту и длину всех стен, возможно узнать и их площадь. К примеру, две стены по длине будут равны 5 метрам, а еще две стены — 3 метрам. Высота стен равна 3 метрам, тогда:

5х3+5х3+3х3+3х3=48 квадратных метров.

Далее найдем площадь только одного кирпича. Кладка осуществляется в 2 кирпича (51 сантиметр), как было сказано ранее, поэтому площадь кирпича находится по следующей формуле: ширина, умноженная на высоту, то есть:

0,12х0,065 = 0,0078 квадратного метра.

Теперь после этих расчетов можно найти и количество кирпича для возведения стен: общая площадь, поделенная на площадь кирпича и умноженная на 2. В результате этого мы получим следующий расчет:

48/0,0078х2=12307 штук кирпичей.

Это количество умножим на вес кирпича, в результате чего получим вес всех стен в доме:

Зная, что 1 кубический метр кирпичей весит около 1800 килограмм, то будет легко рассчитать требуемое количество материала:

39390/1800=22 метров кубических.

Если знать цену 1 кубического метра кирпичей, то можно легко рассчитать общую стоимость строительства такой стены. Это поможет сэкономить на покупке лишнего материала.