Наружные ограждающие конструкции (стены, окна, крыша) зданийзащищают наш дом от низких температур, осадков в виде дождя, снега, града,сильного ветра. Одновременно они препятствуют прониканию тепла из внутреннегопомещения наружу. Величина этого проникания зависит от сопротивлениятеплопередаче материала, из которого построена ограждающая конструкция.

Тепло через ограждающую конструкцию передается разнымиспособами: теплопроводностью, конвекцией, излучением. Передача теплаосуществляется непосредственно через материал или от одного материала к другомупри их соприкосновении. Высокой теплопроводностью обладают плотные материалы:металлы, железобетон, гранит. Низкую теплопроводность имеют воздух и другиегазы. Поэтому материалы, имеющие большое количество замкнутых пор, заполненныхвоздухом или газом, имеют низкую теплопроводность, и тепло передается через нихплохо. Рекордсменом по количеству замкнутых пор из теплоизоляционныхматериалов, безусловно, является пенополиуретан. Количество замкнутых пор в немдостигает 96 - 98%. Поэтому через пенополиуретан тепло передаетсянезначительно.

Конвективный теплообмен наблюдается у поверхности стен приналичии температурного перепада между конструкцией и соприкасающимся с ней воздухом.Конвективный теплообмен в окнах происходит между поверхностями остекления.Теплый воздух, нагреваясь от внутреннего стекла, поднимается вверх. Присоприкосновении с холодным наружным стеклом воздух отдает свое тепло и,охлаждаясь, опускается вниз. Такая циркуляция воздуха в воздушной прослойкемежду двумя стеклами обуславливает конвективный теплообмен. Чем больше разностьтемператур поверхностей, тем интенсивнее теплообмен между ними.

Излучение происходит в воздушной среде путем передачи теплас поверхности, например, радиатора. Естественно, чем выше температураотопительного прибора, тем сильнее обогревается помещение.

Передача тепла через ограждающие конструкции осуществляетсяглавным образом вследствие теплопроводности строительных материалов. Количествотепла, проходящего через стену, зависит от коэффициента теплопроводностиматериала l. Чем выше коэффициент теплопроводности, тем больше тепловой энергиипроходит через этот материал и тем хуже его теплозащита и ниже коэффициенттеплопередачи Rо. Следовательно, если коэффициент теплопроводности измеряется вколичестве тепловой энергии (в Ваттах), проходящей через один квадратный метрстроительного материала при определенной температуре (Вт/м оС), то коэффициенттеплопередачи имеет обратную размерность (м2 оС/Вт).

Различные строительные материалы имеют разные коэффициентытеплопроводности. Основными факторами, влияющими на коэффициенттеплопроводности, являются плотность и влажность материала. В таблице показановлияние коэффициента теплопроводности строительного материала и его толщины натеплозащитные качества ограждающих конструкций зданий.

Как видно из таблицы, заданного сопротивления теплопередачеможно достигнуть, используя различные строительные материалы. Например,кирпичная кладка в 380 мм и стена из пенобетона в 180 мм обладают одинаковымсопротивлением теплопередаче - 0,47 м2 оС/Вт. Аналогичное можно сказать о срубеиз бревен в 160 мм диаметром, стены из пенобетона толщиной в 330 мм, плиты изпенополистирола толщиной в 45 мм и плиты из пенополиуретана толщиной в 20 - 22мм.

Теплозащитные качества строительного материала существеннозависят от влажности последнего: чем больше влажность, тем больший коэффициенттеплопроводности имеет материал. Следовательно, теплозащитные характеристикивлажного материала хуже, чем сухогo. Это вызвано тем, что при увлажненииматериала его поры заполняются водой, имеющей высокий коэффициенттеплопроводности (примерно в 20 раз больший, чем воздух). Теплопроводностьматериала становится выше, когда он впитывает больше влаги. Например, приповышении влажности кирпичной стены толщиной 0,50 м из обыкновенного глиняногокирпича с 5% до 15% ее теплозащита ухудшается более чем на 30% (см. рис. 1).

В этом случае при температуре внутреннего воздуха здания +20оC, а наружного воздуха -20 оC на поверхности сухой стены температура составит14,4 оC, на сырой стене на 2,7 оC ниже и составляет 11,7 оC. Поэтому длятеплозащиты зданий очень важно, чтобы строительный материал, и в первую очередьтеплоизоляционный строительный материал, был обязательно сухим. Конструкциянаружных ограждений здания должна быть сделана с таким расчетом, чтобы в них необразовался конденсат и не скапливалась влага, приводящая к ухудшениютеплоизоляционной способности стен, окон, чердачных перекрытий, полов первогоэтажа.

Теплозащитная способность стены, ее сопротивление передачезависят от интенсивности передачи тепла на трех участках (у внутреннейповерхности, в толще ограждения, у наружной поверхности), каждый из которыхимеет свое сопротивление. Общее сопротивление теплопередаче представляет собойих сумму (рис.2).

В холодное время года в помещении всегда бывает теплее, чемна улице. Чем лучше теплозащитные качества дома, тем уютнее человек чувствуетсебя в нем. Температура тела человека выше температуры окружающего воздуха ипредметов (за исключением отопительных приборов), поэтому находящийся в комнатечеловек постоянно теряет какое-то количество тепла в процессе теплообмена. При нормальнойтемпературе (18-20 оC) теряется около 116 Вт, причем больше половины путемизлучения, около 20% - испарением через кожу и легкие, остальное в результатеконвекции и теплопроводности (рис.3).

Если температура воздуха поднимается выше нормальной, тоорганизм охлаждает себя благодаря интенсивному испарению воды, т.е. выделяяпот. А при температуре ниже нормальной потери тепла человеком увеличиваются засчет излучения. Чем ниже температура, тем интенсивнее человек выделяет тепло.

В жилом доме теплообмен человека с окружающими егостроительными конструкциями происходит в первую очередь со стенами и окнами,граничащими с холодным наружным воздухом. Чем холоднее их поверхность, темлучше она поглощает тепло, излучаемое человеком. Такое интенсивное излучениеможет привести к переохлаждению организма. Во избежание этого наружныеограждающие конструкции должны быть спроектированы таким образом и обладатьтакими теплозащитными качествами, чтобы температура на их поверхности неопускалась ниже определенно нормируемой и не приводила к переохлаждению.

Наиболее благоприятной для человека является относительнаявлажность внутреннего воздуха, равная 50 - 60%. При ее повышении испарениевлаги с поверхности тела человека затрудняется и он начинает испытыватьдискомфорт. Слишком сухой воздух в помещении также нежелателен, так как онвызывает пересыхание слизистой оболочки горла, носа и т.д.

При нормативной влажности внутреннего воздуха жилых домов55% наружные стены должны обладать такими теплозащитными характеристиками,чтобы влага, находящаяся в воздухе, не выпадала на внутренней поверхности стенв виде конденсата, а человек, находящийся в помещении, не переохлаждался врезультате теплообмена с холодными наружными стенами.

Исходя из этого, нормируются теплозащитные характеристикистен. Оптимальным считается такое сопротивление теплопередаче, при которомтемпература внутренней поверхности стены отличается от температуры внутреннеговоздуха не более чем на 6 оС.

Если в помещении температура воздуха составляет 18 оС, то наповерхности стены температура должна быть не ниже +12 оС.

Учитывая, что топливо стоит достаточно дорого и цены на негопостоянно растут, ограждающие конструкции дома должны быть сделаны такимобразом, чтобы в нем сохранялось максимальное количество тепла и лишьнезначительная часть уходила наружу. Наружное ограждение строительнойконструкции должно иметь сопротивление теплопередаче не менее требуемого,значение которого зависит от температуры внутреннего (t_В) и наружного(t_Н) воздуха, нормативного перепада и интенсивности теплообменавнутренней поверхности стены, характеризующейся коэффициентом теплообмена a_В.Требуемое сопротивление теплопередаче вычисляется по формуле:

R_тр=(t_В-t_Н)/t_Нa_В

Теплозащитные качества стены зависят от коэффициента теплопроводности материалаи его толщины.

В основу теплозащитных требований к перекрытиям верхнегоэтажа помимо традиционных ограничений теплопотерь и уменьшения количестватепла, отдаваемого телом человека, легло требование отсутствия конденсацииводяных паров на поверхности потолка. Оно вызвано тем, что внутренний теплыйвоздух, содержащий водяные пары, соприкасаясь с поверхностью перекрытия,имеющего температуру ниже точки росы, может конденсироваться, а образовавшиесякапли будут стекать на пол или стены, вызывая их отсыревание. Также следуетиметь в виду, что теплый, а следовательно, легкий воздух поднимается вверх кпотолку. Из-за более высокой температуры внутреннего воздуха под потолкомпотеря тепла верхними перекрытиями происходит более интенсивно. Поэтому верхниеперекрытия должны быть утеплены так, чтобы температура на поверхности потолкаотличалась от температуры внутреннего воздуха не более чем на 4 оС.