Теплотехнический расчет фасада: всё о толщине утеплителя, мостиках холода и долговечности дома

Усманов Павел Алексеевич

архитектор

Теплотехнический расчет для вентилируемых фасадов — инструмент, который переводит красивую картинку в прогнозируемый результат по теплу, влаге и ресурсу отделки. Для ИЖС он особенно важен, когда дом отапливается круглый год, а фасад собран на металлической подсистеме с керамогранитом, фиброцементом или композитом: здесь линейные и точечные мостики (r, Ψ, χ) легко уводят «реальный» R ниже требуемого, провоцируя переохлаждение ваты и конденсат. Мы показываем, как подобрать толщину утеплителя, учесть проёмность, шаг кронштейнов и мембраны, свести средневзвешенное R и подтвердить отсутствие влагонакопления. Одновременно разбираем сценарии, где теплотехнический расчет для вентилируемых фасадов избыточен: сезонная дача с деревянной обшивкой на деревянной подсистеме. Там решают грамотный «пирог», проклейка и вентзазор, а не избыточные миллиметры утепления. Итог — фасад, который реально сушится, экономит тепло и служит дольше.

Проектирование вентилируемого фасада состоит из прочностных и теплофизических расчётов. В свою очередь, теплофизические расчеты состоят из влажностных и теплотехнических расчетов. Также выполняется расчет воздухопроницаемости фасада. Эти действия - важный фактор для расчета стен дома.

Теплотехнический расчет стен – это технический процесс, который помогает определить соответствие стен нормативом по тепловой защите зданий. Задача расчета – выявить необходимую толщину стен и утепляющего материала, которые будут работать как следует без перегрева и промерзания.

Теплотехнический расчет стен проводится согласно нормативным документам. СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий». СП 23-101-2004. «Проектирование тепловой защиты зданий». Также используется документ «Рекомендации по проектированию навесных фасадных систем с вентилируемым воздушным зазором для нового строительства и реконструкции зданий». Методика расчета взята из этих Рекомендаций.

Метод расчета теплотехнических характеристик вентилируемого фасада по рекомендациям.

Проектирование тепловой защиты зданий. Расчеты вентилируемых фасадов начинаются с выявления необходимого теплосопротивления стен. Мы исходим из расчетных климатических характеристик региона там, где будет строиться здание. Также учитываем расчётные температуры внутри задания. Методика расчетов подробно описана в п5 СП 50.13330.2012.

δ_ym = ( R_o^red / r - R₁ - R_n - 1 / α_e - 1 / α_n ) ⋅ λ_ym

где:
R_o^red – требуемое приведённое сопротивление теплопередаче стен м²×°С/Вт.

r - коэффициент теплотехнической однородности по таблице.

По этой формуле рассчитывается толщина утеплителя на фасаде здания.

Среди ключевых значений есть коэффициент теплотехнической однородности. Это табличное значение, и оно приводится в Рекомендации в таблицах 7.2 и 7.3. Оно рассматривается, где r идет, как худшее значение на стене где есть оконные проемы.

Фото 1. Штукатурный фасад

Коэффициент r считается для элементов стены с проемностью 25%. В случае проемности отличающейся от 25%, на каждые 10% для стен из кирпича коэффициент меняется на 4%. На стене из бетона он составляет 2%.

Для выявления коэффициента теплотехнической однородности требуется знать толщину утепляющего материала. Расчет производится в несколько этапов. На первом этапе r берется, как значение 1. На втором этапе r уточняется до получения толщины утеплителя на первом этапе. Эту процедуру повторяют, пока разница между значениями на разных этапах не станет менее чем 5 мм.

Коэффициент теплотехнической однородности – это безразмерное значение, численно равное отношению потока теплоты, идущему сквозь элемент конструкции, к потоку теплоты идущему через условную стену.

Он оценивает уменьшение уровня тепловой защиты из-за присутствия в ней теплотехнических неоднородностей. Это могут быть такие металлические элементы, как кронштейны, дюбель-гвозди, откосы, угловые сопряжения.

Фото 2. Фасад дома из камня и штукатурки

Потом, когда определена толщина утеплителя, выявляются приведенные сопротивления теплопередаче на наружных стенах. Каждый считаемый фрагмент стены делится на участки, которые имеют одно или несколько теплопроводных включений. Во время этого коэффициент r уже не выводится по таблице, а определяется расчетом для каждой системы вентилируемого фасада.

Влияние металлических включений на теплозащиту рассчитывается по формуле.

R₀^y = R_оп^yp × r_c6

где:
r_c6 - коэффициент теплотехнической однородности.

r_ос = {1 + 2η/Z² × ( R₀^усл/R₀^св - 1 ) × [1 - (1 + Z) × e^-Z ]}^-1

Так, по этой формуле определяется коэффициент теплотехнической однородности. Она влияет на теплопередачу наружных стен.

Средневзвешенное значение приведенного сопротивления теплопередаче выявляется по формуле.

R_o^{r cp} = ∑_iF_i / ∑_i (F_i / R_oi^r)

F_i, R_o^{i пр} соответственно площадь и приведённое сопротивление теплопередаче. По итогу средневзвешенное значение приведенного сопротивления теплопередаче, сравнивается с требуемым сопротивлением теплопередачи. Если R_o^{r ср} > R_o^{r eq} то теплозащита стены обеспечена.

При расчетах средневзвешенного значения многослойной ограждающей конструкции без оконных проемов, может также применятся формула. R_o^{r cp} = R_o^{r xη}, где η = 1.05 коэффициент, учитывающий наличие глухих стен без окон.

Так считают по формулам фасадные теплоизоляционные системы с воздушным зазором. Что характерно теплотехническое проектирование продолжается после влажностных расчетов. Оно включает в себя составление температурных полей. Это то, что надо для расчетов теплотехники вентфасада.

Выбранная толщина утепляющего материала не является окончательным решением и может быть скорректированной после влажностного расчета. Влажностный расчет – это оценка влажностного режима элементов вентилируемого фасада. Он помогает оценить различные характеристики конструкций, в том числе и такие, как теплоизоляционные.

Метод теплотехнического анализа вентилируемых фасадов согласно СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий».

Специалисты компании «ЛесоБиржа» на базе собственного опыта, подсказывают. Вновь начинаем с расчета требуемого сопротивления теплопередачи. Исходим из погодных характеристик в зоне постройки здания и расчетных температур в сооружении. Методика расчетов приводится в п5 СП 50.13330. 2012.

Здесь мы проводим расчет вентфасада. Выбор толщины утепляющего материала проводится по формуле.

δ_y = ⎛ 1/R_o^тр − (∑ l_jΨ_j) − ∑_k n_k χ_k − δ_κ/λ_κ − 1/α_в − 1/α_м ⎞ · λ_y

Толщина утеплителя вентилированного фасада, подбирается по этой формуле. Мы не будем расшифровывать каждую переменную в формуле, это есть в соответствующих документах. Обратим внимание на ключевые факторы.

Ψ_j – удельные потери теплоты через линейную неоднородность j-го вида, Вт/(м·°С);

χ_k – удельные потери теплоты через точечную неоднородность k-го вида, Вт/°С;

Формулы для выявления этих переменных есть в приложении Е СП 50.1333.2012. Для их расчета необходимо составлять температурные поля. Температурное поле – это совокупность температур во всех точках изучаемого материала в данный момент времени.

Фото 3. Работы по отделке фасада

Визуально температурное поле изображается в виде изотерм, проходящих сквозь точки с одинаковой температурой. Расчеты температурных полей должны проводить профессионалы - проектировщики. Самостоятельно рассчитать температурные поля не получится. Неизбежный процент ошибок будет высоким.

Составление температурных полей для всех фрагментов стен вручную трудновыполнимая задача. Обычно для этого используются специальные программы. «Ansys» «Calculis» «Elmer» и прочие. В них включена опция расчета температурных полей.

Компания «ЛесоБиржа» занимается проектированием и постройкой загородных домов под ключ уже более 10 лет. В каждом доме при проектировании мы делали теплотехнический расчет вентилируемого фасада. Обращайтесь, пожалуйста. Мы с удовольствием сделаем теплотехнический расчет и смонтируем вам навесной фасад на вашем доме.

Когда теплотехнический расчёт обязателен в ИЖС (и почему это действительно важно)

1) Круглогодично отапливаемый дом. Здесь требуется соблюсти норматив по приведённому сопротивлению теплопередаче R_прив для стен. Ошибка в 10–15% по R оборачивается заметным перерасходом на отопление и «холодными» зонами, особенно на примыканиях. Если стена в расчёте на грани, то любая недочётная проклейка мембраны или щель в утеплителе переводит узел в зону риска по конденсации.

2) Тяжёлая облицовка и/или металлическая подсистема. Керамогранит, фиброцемент, металл-кассеты и композиты монтируются на усиленные каркасы с частыми кронштейнами. Металл даёт линейные и точечные мостики холода (Ψ, χ), которые уменьшают «реальный» R_прив. Без расчёта легко недобрать 15–25% сопротивления — и тогда вата в зоне кронштейнов переохлаждается.

3) Сложная геометрия фасада. Эркеры, консоли, балконы, зоны под- и надоконных перемычек — это локально перегруженные участки по ветру, влаге и теплу. Здесь расчёт показывает, где и сколько нужно «усилить» утеплитель, «разредить» металл, поменять схему бруска или перейти на иную марку мембраны.

4) Северные климатические зоны. Чем выше температурный напор, тем больше риски смещения изотерм и накопления влаги. При этом экономия на 50 мм утеплителя в суровом климате почти всегда «съедается» лишним отоплением за 1–2 сезона.

Когда расчёт избыточен (и что делать вместо него)

Сезонная дача (весна–осень) с деревянной обшивкой по деревянной подсистеме: цель — не вывести R к «зимнему нормативу», а обеспечить сушку конструкции между сезонами и стабильную геометрию обшивки. Здесь решают не формулы, а грамотный «пирог»: минеральная вата 40–50 кг/м³, ровная посадка без щелей, супердиффузионная мембрана с проклейкой, вертикальный вентзазор (приток снизу, вытяжка сверху с перфорированными профилями), зазор 20–30 мм от камня/бетона, ЕПДМ-лента по лицу бруска, чтобы фон в щелях был тёмным и равномерным. Такой фасад действительно «дышит» и работает как система.

Деревянная отделка vs «жёсткие» облицовки: разный риск-профиль

Деревянная облицовка (планкен, рейка, имитация бруса) на деревянной подсистеме вносит минимум теплопотерь: бруски — те же по теплопроводности, что и основная стена, сплошных «металлических» каналов холода нет. Важно выдержать геометрию, обеспечить вентиляцию за облицовкой и выровнять паропроницаемость слоёв. Наоборот, облицовки на металлической подсистеме с частым шагом опор требуют расчёта r, Ψ, χ и нередко — переразмещения кронштейнов, изменения их конфигурации или увеличения слоя утеплителя.

Практика «ЛесоБиржи»: проверенные пироги и регламенты монтажа

Каркасник + горизонтальная обшивка + 100 мм дополнительного утепления. Перекрёстная обрешётка 2 × 50 мм, каменная вата плотностью 40–50 кг/м³, супердиффузионная мембрана с проклейкой, вертикальный вентзазор 20–40 мм. Перфорированные ленты обеспечивают приток и вытяжку воздуха. Перекрёстный слой уменьшает продольные мостики холода и позволяет выровнять геометрию фасада при перепадах основания. Используется для домов с постоянным отоплением и в климатах со стабильным перепадом влажности.

Брусовой или бревенчатый дом без утепления. Скользящие опоры на стойках, мембрана ветрозащиты, вентканал по вертикали, зазор от каменных элементов 20–30 мм. Поверхность подсистемы защищают от контакта с бетоном или камнем, лицевая часть бруска оклеивается ЕПДМ-лентой для создания тёмного фона и защиты от ультрафиолета. Решение подходит для сезонных дач, где основная цель — поддерживать равновесную влажность древесины и естественную сушку фасада.

Брус или каркас + утепление 50–100 мм. Утеплитель монтируется в два слоя со смещением швов, мембрана проклеивается по швам и обрамлениям. В подоконных и надоконных зонах оставляются вентиляционные каналы, исключающие застой воздуха. Такой пирог обеспечивает равномерное распределение температуры и минимизирует точечные мостики холода.

Каменные дома: фасад на металлической подсистеме. Для зданий из газобетона, керамического блока, кирпича и монолитного бетона в «ЛесоБирже» применяются металлические и усиленные металлические подсистемы (см. технические регламенты от 02.08.24 и 03.09.24). Основные особенности:

• Несущие элементы из оцинкованной стали толщиной 1,2–2 мм с порошковым покрытием (по системе Lesfix) — стойкость к коррозии и высокая несущая способность при ветровых нагрузках.
• Кронштейны с терморазрывами (прокладки из полиамида или паронита) — снижают теплопотери через металлические узлы до 30 %.
• Расчёт шага кронштейнов выполняется по СП 522.1325800.2023, с учётом высоты здания, ветрового района и массы облицовки (керамогранит, фиброцемент, HPL, композит).
• Для тяжёлых облицовок применяется усиленная подсистема с двухуровневым профилем и распределением нагрузки по несущей стене. Между кронштейнами и стеной устанавливаются компенсаторы неровностей и термовкладыши.
• Монтаж производится через анкерные узлы с контролем глубины и момента затяжки. Все элементы собираются вентилируемыми узлами: нижний ряд кронштейнов обеспечивает приток, верхний — вытяжку. Для исключения конденсата в зоне анкера закладывается уплотняющая шайба и антикоррозионная мастика.
• Утеплитель (каменная вата плотностью 80–120 кг/м³) фиксируется дюбелями с металлическим сердечником. Поверх укладывается мембрана, устойчивая к УФ-излучению и перепадам температуры. Вентиляционный зазор — не менее 40 мм для облицовок до 40 кг/м² и 60 мм для тяжёлых панелей.

Такая система позволяет получить стабильный, долговечный и энергоэффективный фасад даже на высотах до 30 м. Металлическая подсистема даёт точную геометрию, устойчивость к усадке и пожарную безопасность. Расчёт выполняется на основании климатических данных, ветрового давления и теплотехнического сопротивления стен. Для частных каменных домов это единственный рациональный вариант, если облицовка тяжёлая и требуется повышенная жёсткость. Компания «ЛесоБиржа» подбирает систему по нагрузкам и производит монтаж по собственным регламентам с фото-инструкциями, контрольными картами и актами скрытых работ.

Таким образом, для каменных домов теплотехнический расчет всегда обязателен: металлическая подсистема вносит значительную теплопроводность, и без вычисления коэффициента r, а также корректировки δ_ут, сложно обеспечить требуемое R_прив. На практике такие фасады проектируются с учётом термовставок, минимальных расстояний от анкеров и обязательным расчётом Ψ (линейных потерь) и χ (точечных). Результат — тёплый, ровный и долговечный фасад, который сохраняет энергоэффективность и внешний вид десятилетиями.

Частые ошибки, которые «убивают» любую теплотехнику

1. Перекрыли вентзазор в подоконной зоне — обшивка и вата перестают сохнуть;
2. Непроклеенные нахлёсты мембраны — задувание ветром, пыль, потеря тепла;
3. Щели в утеплителе — локальные точки росы;
4. Металл в узлах без учёта r — «минус» к R_прив;
5. Контакт древесины с мокрым камнем/бетоном — подсос влаги, потемнение.

Минимум формул — максимум выгоды

Точный подбор δ_ут с учётом r, Ψ и χ окупается за счёт снижения расходов на отопление и продления ресурса отделки. На «жёстких» фасадах разница между «по привычке» и «по расчёту» часто составляет 50–80 мм утеплителя и пересборку узлов. На деревянных — правильный пирог и вентиляция часто важнее, чем «догонять» норматив до сотых.

Полезные страницы «ЛесоБиржи» (все ссылки разные)

• Главная: материалы, услуги, портфолио — стартовая точка с каталогом и примерами работ.
• Монтаж планкена (наружная отделка) — порядок работ, узлы, регламенты.
• Покраска планкена в цехе
• Покраска фасадов: решения и регламенты
• Экспертные статьи: вентфасады, пироги, узлы — разбор «пирогов», узлов, типовых ошибок и кейсов.
• Контакты и консультации

Финальный чек-лист перед стартом фасадных работ

— Определите режим эксплуатации дома: круглогодично/сезонно. От этого зависит, нужен ли полный расчёт или достаточно «пирога» и вентиляции.
— Если облицовка тяжёлая или подсистема металлическая — заказывайте расчёт r, Ψ, χ и уточнение δ_ут.
— Выберите утеплитель нужной плотности (для фасадов каменная вата 40–50 кг/м³ — рабочая «золотая середина»).
— Не экономьте на мембране и проклейке нахлёстов — это ваш «антиветер» и сухая вата.
— Следите за вентиляционным каналом: приток снизу, вытяжка сверху, перфоленты, сетки от насекомых.

Честный финал

Фасад должен быть не только красивым, но и технологически выверенным. Мы в «ЛесоБирже» подберём «пирог» под ваш климат, при необходимости выполним полноценный теплотехнический расчёт, подготовим спецификацию и смонтируем фасад «под ключ» по регламенту. Хотите тёплый дом без плесени и «ведущей» обшивки — с предсказуемыми затратами на отопление? Оставьте заявку на консультацию — за один звонок вы получите понятный план работ, смету и сроки. Ваш правильный вентилируемый фасад начинается здесь.

ЧаВо: Часто задаваемые вопросы