Толщина наружных стен дома с примером расчета на газобетоне

Методический материал для самостоятельного расчета толщины стен дома с примерами и теоретической частью.

Часть 1. Сопротивление теплопередаче – первичный критерий определения толщины стены

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 (м²·°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

Материал стены		Сопротивление теплопередаче (м2·°С/Вт) / область применения (°С·сут)
конструкционный	теплоизоляционный	Двухслойные с наружной теплоизоляцией	Трехслойные с изоляцией в середине	С невентили- руемой атмосферной прослойкой	С вентилируемой атмосферной прослойкой
Кирпичная кладка	Пенополистирол	5,2/10850	4,3/8300	4,5/8850	4,15/7850
	Минеральная вата	4,7/9430	3,9/7150	4,1/7700	3,75/6700
Керамзитобетон (гибкие связи, шпонки)	Пенополистирол	5,2/10850	4,0/7300	4,2/8000	3,85/7000
	Минеральная вата	4,7/9430	3,6/6300	3,8/6850	3,45/5850
Блоки из ячеистого бетона с кирпичной облицовкой	Ячеистый бетон	2,4/2850	—	2,6/3430	2,25/2430
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.

Часть 2. Коэффициент теплопроводности материалов стен

Коэффициент теплопроводности материалов стен – эта величина, которая показывает удельную теплопроводность материала стены, т.е. сколько теряется тепла при прохождении теплового потока через условный единичный объем с разницей температур на его противоположных поверхностях в 1°С. Чем ниже значение коэффициента теплопроводности стен – тем здание получится теплее, чем выше значение – тем больше придется заложить мощности в систему отопления.

По сути, это величина обратная термическому сопротивлению, рассмотренному в части 1 настоящей статьи. Но это касается только удельных величин для идеальных условий. На реальный коэффициент теплопроводности для конкретного материала влияет ряд условий: перепад температур на стенках материала, внутренняя неоднородная структура, уровень влажности (который увеличивает уровень плотности материала, и, соответственно, повышает его теплопроводность) и многие другие факторы. Как правило, табличную теплопроводность необходимо уменьшать минимум на 24% для получения оптимальной конструкции для умеренных климатических зон.

Часть 3. Минимально допустимое значение сопротивления стен для различных климатических зон.

Минимально допустимое термосопротивление рассчитывается для анализа теплотехнических свойств проектируемой стены для различных климатических зон. Это нормируемая (базовая) величина, которая показывает, каким должно быть термосопротивление стены в зависимости от региона. Сначала вы выбираете материал для конструкции, просчитываете термосопротивление своей стены (часть 1), а потом сравниваете с табличными данными, содержащимися в СНиП 23-02-2003. В случае, если полученное значение окажется меньше установленного правилами, то необходимо либо увеличить толщину стены, либо утеплить стену теплоизоляционным слоем (например, минеральной ватой).

Согласно п. 9.1.2 СП 23-101-2004, минимально допустимое сопротивление теплопередаче R_о (м²·°С/Вт) ограждающей конструкции рассчитывается как

R_о = R₁+ R₂+R₃, где:

R₁=1/α_вн, где α_вн – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м² × °С), принимаемый по таблице 7 СНиП 23-02-2003;

R₂ = 1/α_внеш, где α_внеш — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для условий холодного периода, Вт/(м² × °С), принимаемый по таблице 8 СП 23-101-2004;

R₃ – общее термосопротивление, расчет которого описан в части 1 настоящей статьи.

При наличии в ограждающей конструкции прослойки, вентилируемой наружным воздухом, слои конструкции, расположенные между воздушной прослойкой и наружной поверхностью, в этом расчете не учитываются. А на поверхности конструкции, обращенной в сторону вентилируемой воздухом снаружи прослойки, следует принимать коэффициент теплоотдачи α_внеш равным 10,8 Вт/(м²·°С).

Таблица 2. Нормируемые значения термосопротивления для стен по СНиП 23-02-2003.

Жилые здания для различных регионов РФ	Градусо-сутки отопительного периода, D, °С·сут	Нормируемые значения сопротивления теплопередаче , R, м2·°С/Вт, ограждающих конструкций для стен
Астраханская обл., Ставропольский край, Краснодарский край	2000	2,1
Белгородская обл., Волгоградская обл.	4000	2,8
Алтай, Красноярский край, Москва, Санкт Петербург, Владимирская обл.	6000	3,5
Магаданская обл.	8000	4,2
Чукотка, Камчатская обл., г. Воркута	10000	4,9
	12000	5,6

Уточненные значения градусо-суток отопительного периода,  указаны в таблице 4.1 справочного пособия к СНиП 23-01-99* Москва, 2006.

Часть 4. Расчет минимально допустимой толщины стены на примере газобетона для Московской области.

Рассчитывая толщину стеновой конструкции, берем те же данные, что указаны в Части 1 настоящей статьи, но перестраиваем основную формулу: δ = λ·R, где δ – толщина стены, λ – теплопроводность материала, а R – норма теплосопротивления по СНиП.

Пример расчета минимальной толщины стены из газобетона с теплопроводностью 0,12 Вт/м°С в Московской области со средней температурой внутри дома в отопительный период +22°С.

1. Берем нормируемое теплосопротивление для стен в Московском регионе для температуры +22°C: R_req= 0,00035·5400 + 1,4 = 3,29 м²°C/Вт
2. Коэффициент теплопроводности λ для газобетона марки D400 (габариты 625х400х250 мм) при влажности 5% = 0,147 Вт/м∙°С.
3. Минимальная толщина стены из газобетонного камня D400: R·λ = 3,29·0,147 Вт/м∙°С=0,48 м.

Вывод: для Москвы и области для возведения стен с заданным параметром теплосопротивления нужен газобетонный блок с габаритом по ширине не менее 500 мм , либо блок с шириной 400 мм и последующим утеплением (минвата+оштукатуривание, например), для обеспечения характеристик и требований СНиП в части энергоэффективности стеновых конструкций.

Таблица 3. Минимальная толщина стен, возводимых из различных материалов, соответствующих нормам теплового сопротивления согласно СНиП.

Материал	Толщина стены, м	Тепло- проводность,  Вт/м∙°С	Прим.
Керамзитоблоки	0,46	0,14	Для строительства несущих стен используют марку не менее D400.
Шлакоблоки	0,95	0,3-0,5
Силикатный кирпич	1,25	0,38-0,87
Газосиликатные блоки d500	0,40	0,12-0,24	Использую марку от D400 и выше для домостроения
Пеноблок	0,20-0.40	0,06-0,12	строительство только каркасным способом
Ячеистый бетон	От 0,40	0,11-0,16	Теплопроводность ячеистого бетона прямо пропорциональна его плотности: чем «теплее» камень, тем он менее прочен.
Арболит	0,23	0,07 – 0,17	Минимальный размер стен для каркасных сооружений
Кирпич керамический полнотелый	1,97	0,6 – 0,7
Песко-бетонные блоки	4,97	1,51	При 2400 кг/м³ в условиях нормальной температуры и влажности воздуха.

Часть 5. Принцип определения значения сопротивления теплопередачи в многослойной стене.

Если вы планируете построить стену из нескольких видов материала (например, строительный камень+минеральный утеплитель+штукатурка), то R рассчитывается для каждого вида материала отдельно (по этой же формуле), а потом суммируется:

R_общ= R₁+ R₂+…+ R_n+ R_a.l где:

R₁-R_n — термосопротивления различных слоев

R_a.l – сопротивление замкнутой воздушной прослойки, если она присутствует в конструкции (табличные значения берутся в СП 23-101-2004, п. 9, табл. 7)

Пример расчета толщины минераловатного утеплителя для многослойной стены (шлакоблок — 400 мм, минеральная вата — ? мм, облицовочный кирпич — 120 мм) при значении сопротивления теплопередаче 3,4 м²*Град С/Вт (г. Оренбург).

R=Rшлакоблок+Rкирпич+Rвата=3,4

Rшлакоблок = δ/λ = 0,4/0,45 = 0,89 м²×°С/Вт

Rкирпич = δ/λ = 0,12/0,6 = 0,2 м²×°С/Вт

Rшлакоблок+Rкирпич=0,89+0,2 = 1,09 м²×°С/Вт (<3,4).

Rвата=R-(Rшлакоблок+Rкирпич) =3.4-1,09=2,31 м²×°С/Вт

δвата=Rвата·λ=2,31*0,045=0,1 м=100 мм (принимаем λ=0,045 Вт/(м×°С) – среднее значение теплопроводности для минеральной ваты различных видов).

Вывод: для соблюдения требований по сопротивлению теплопередачи можно использовать керамзитобетонные блоки в качестве основной конструкции с облицовкой ее керамическим кирпичом и прослойкой из минеральной ваты теплопроводностью не менее 0,45 и толщиной от 100 мм.

понятный алгоритм расчета с примером

Одним из важнейших этапов проектирования загородного, дачного дома или другой является расчет толщины стены. Для жилых зданий этот параметр очень важен. Ведь неверные расчёты могут привести к тому, что дом будет промерзать. Кроме того, можно ошибиться и возведя слишком толстые стены. В этом случае траты на ненужный объем материалов будут абсолютно напрасными. О том, какой должна быть толщина стен и как ее грамотно рассчитать, мы и поговорим в этой статье.

Для чего нужны расчеты?

Выполнение точных расчётов позволит вам максимально точно определить, какой толщины стены должны быть в вашем доме. Сейчас очень популярен расчет толщины стен онлайн, с помощью специальных автоматизированных калькуляторов.

Но нужно помнить, что такой расчет будет примерным. Кроме того, обычно калькуляторы выдают общую толщину стены. В то время как любая стенка всегда состоит из нескольких слоев. И очень важно понимать, как рассчитывается толщина каждого слоя в отдельности.

О чего зависит толщина стенок?

Этот показатель в первую очередь определяется климатом региона, в котором строится дом. Важнейшее значение в расчетах имеет такой показатель, как уровень сопротивления теплоотдаче. Значения данного показателя в разных городах буду различаться. Чем холоднее климат, тем выше требуемый минимальный порог теплосопротивления стен.

Сопротивление теплопередаче регламентируется нормативными документами и имеет постоянное значение в рамках каждого региона.

Полную таблицу значений требуемого сопротивления теплопередаче по городам РФ можно скачать здесь Таблица теплосопротивлений.

Еще одним важным фактором является материал стен. Значение имеет теплопроводность всех материалов, входящих в состав так называемого «пирога».

Значения теплопроводности всех возможных стройматериалов можно найти в Таблица теплопроводности материалов.

Алгоритм расчета

Расчет толщины стены не так уж и сложен, как может показаться на первый взгляд. Мы постараемся избежать сложных формул и объяснить основные принципы расчетов на конкретном примере.

Допустим, мы строим дом в Барнауле. Из таблицы берем показатель сопротивления теплопередаче для Барнаула. Это 3,54 Вт/м²*С.

Дом будет построен из газобетона, фасад отделан облицовочным кирпичом, внутри – гипсовая штукатурка.

Здесь нужно понимать, что толщина стены складывается из толщины всех слоев, как и сопротивление теплоотдаче. Теплопроводность у всех материалов разная. И уменьшая один из слоев, придется увеличить другой.

Итак, предположим, что слой кирпичной облицовки в толщину составляет 12см. Теплопроводность облицовочного кирпича – 0,93 Вт/м²*С.

Сопротивление теплопередаче рассчитывается путем деления толщины материала (в метрах) на значение его теплопроводности.

Итак, рассчитаем теплосопротивление кирпичного слоя:

0,12/0,93 = 0,13 Вт/м²*С.

Внутренний слой гипсовой штукатурки будет толщиной 3см. Теплопроводность – 0,3 Вт/м²*С.  Аналогичным образом рассчитаем сопротивление теплоотдаче для этого слоя:

0,03/0,3 = 0,1 Вт/м²*С.

Теперь остается рассчитать толщину газобетона. Известно, что его теплопроводность равна 0,14 Вт/м²*С. Чтобы понять какое теплосопротивление должна оказывать газобетонная кладка, вычтем из показателя минимального порога сопротивления теплопередаче по региону все рассчитанные значения теплосопротивлений наших материалов:

3,54 – 0,13 – 0,1 = 3,31 Вт/м²*С.

Толщина материала определяется путем умножения полученного значения на его теплопроводность:

3,31 * 0,14 = 0,46 м.

Таким образом, минимальная толщина нашей газобетонной кладки равна 46 см.

Учитывая, что блоков такой толщины не существует, нам придется взять блоки большей толщины, слегка переплатив за объем материала. Либо купить изделия с меньшей толщиной, предусмотрев при этом утеплительный слой. В таком случае толщина газобетона будет уже заданной величиной и придется аналогичным образом рассчитывать толщину утеплителя.

Как рассчитать толщину стен из кирпича?

При строительстве своего дома одним из главных моментов является возведение стен. Кладка несущих поверхностей чаще всего проводится с применением кирпича, но какой должна быть толщина стены из кирпича в этом случае? К тому же стены в доме бывают не только несущими, но еще выполняющими функции перегородок и облицовки- какой должна быть толщина кирпичной стены в этих случаях? Об этом, я расскажу в сегодняшней статье.

От чего зависит толщина стены из кирпича?

Этот вопрос очень актуален для всех людей, которые строят собственный кирпичный дом и только постигают азы строительства. На первый взгляд кирпичная стена весьма простая конструкция, она имеет высоту, ширину и толщину. Интересующая нас грузность стены зависит в первую очередь от ее конечной общей площади. То есть, чем шире и выше стена, тем толще она должна быть.

Но, причем здесь толщина стены из кирпича? – спросите вы. При том, что в строительстве, многое завязано на прочности материала. У кирпича, как и у других строительных материалов, есть свой ГОСТ, который учитывает его прочность. Также грузность кладки зависит от ее устойчивости. Чем уже и выше будет несущая поверхность, тем толще она обязана быть, особенно это касается основания.

Еще один параметр, который влияет на общую грузность поверхности, это теплопроводность материала. У обыкновенного полнотелого блока теплопроводность довольно высокая. Это значит, что он, сам по себе, плохая теплоизоляция. Поэтому чтобы выйти на стандартизированные показатели теплопроводности, строя дом исключительно из силикатных или любых других блоков, стены должны быть очень толстыми.

Но, в целях экономии средств и сохранения здравого смысла, люди отказались от идей строить дома напоминающие бункер. Чтобы иметь прочные несущие поверхности и при этом хорошую теплоизоляцию, стали применять многослойную схему. Где одним слоем выступает силикатная кладка, достаточной грузности, чтобы выдерживать все нагрузки, которым она подвержена, второй слой – это утепляющий материал, а третий – облицовка, которой так же может выступать кирпич.

Выбор кирпича

В зависимости от того, какой должна быть толщина несущей стены из кирпича, нужно выбирать определенный вид материала, имеющий разные размеры и даже структуру. Так, по структуре их можно разделить на полнотелые и дырчатые. Полнотелые материалы имеют большую прочность, стоимость, и теплопроводность.

Стройматериал с полостями внутри в виде сквозных отверстий не так прочен, имеет меньшую стоимость, но при этом способность к теплоизоляции у дырчатого блока выше. Это достигается за счет наличия в нем воздушных карманов.

Размеры любых видов рассматриваемого материала также могут разниться. Он может быть:

• Одинарным;
• Полуторным;
• Двойным;
• Половинчатым.

Одинарный блок, это стройматериал, стандартных размеров, такой к которому мы все привыкли. Его размеры таковы: 250Х120Х65 мм.

Полуторный или утолщенный – имеет большую грузность, и его размеры выглядят так: 250Х120Х88 мм. Двойной – соответственно, имеет сечение двух одинарных блоков 250Х120Х138 мм.

Половинчатый – это малыш среди своих собратьев, он имеет, как вы, вероятно, уже догадались, половину толщины одинарного – 250Х120 Х12 мм.

Как видно, единственные отличия в размерах этого стройматериала в его толщине, а длина и ширина одинаковые.

В зависимости от того, какой будет толщина стены из кирпича, экономически целесообразн, выбирать более крупные при возведении массивных поверхностей, например, такими часто бывают несущие поверхности и более мелкие блоки, для перегородок.

Толщина стены

Мы уже рассмотрели параметры, от которых зависит толщина наружных стен из кирпича. Как мы помним, это устойчивость, прочность, теплоизоляционные свойства. Кроме этого, разные виды поверхностей, должны иметь совершенно разную размерность.

Несущие поверхности это, по сути, опора всего здания, они берут на себя основную нагрузку, от всей конструкции, включая вес крыши, на них же влияют внешние факторы, такие как ветра, осадки, кроме того на них давит их собственный вес. Поэтому их грузность, по сравнению с поверхностями ненесущего характера и внутренними перегородками, должна быть наиболее высокой.

В современных реалиях большинству двух и трехэтажных домов, достаточно 25 см толщины или одного блока, реже в полтора или 38 см. Прочности у такой кладки будет достаточно для здания таких размеров, но как быть с устойчивостью. Здесь все гораздо сложнее.

Для того чтобы рассчитать будет ли устойчивость достаточной нужно обратиться к нормам СНиП II-22-8. Давайте рассчитаем, будет ли устойчив наш кирпичный дом, со стенами толщиной в 250 мм, длинною в 5 метров и высотой в 2.5 метра. Для кладки будем использовать материал М50, на растворе М25, расчет проведем для одной несущей поверхности, без окон. Итак, приступим.

Таблица № 26

По данным из таблицы выше, нам известно, что характеристика нашей кладки относится к первой группе, а также для нее справедливо описание из пункта 7. Табл. 26. После этого, смотрим в таблицу 28 и находим значение β, которое означает допустимое соотношение грузности стены к ее высоте, учитывая, вид используемого раствора. Для нашего примера это значение равно 22.

Таблицы № 28-29

Далее, нам нужно найти коэффициент k  из таблицы 29.

• k1 для сечения нашей кладки равно 1.2 (k1=1.2).
• k2=√Аn/Аb где:

Аn – площадь сечения несущей поверхности по горизонтали, расчет прост 0.25*5=1.25 кв. м

Ab – площадь сечения стены по горизонтали учитывая оконные проемы у нас таковые отсутствуют, поэтому k2 = 1.25

• Значение k4 задано, и для высоты 2.5 м равно 0.9.

Теперь узнав, все переменные можно найти общий коэффициент «k», путем перемножения всех значений. K=1.2*1.25*0.9=1.35 Далее узнаем совокупное значение поправочных коэффициентов и фактически узнаем насколько устойчива рассматриваемая поверхность 1.35*22=29.7, а допустимое соотношение высоты и толщины равно 2.5:0.25=10, что значительно меньше, полученного показателя 29.7. Это означает, что кладка толщиной в 25 см шириной 5 м и высотой в 2.5 метра обладает устойчивость почти в три раза выше, чем это необходимо по нормам СНиП.

Хорошо с несущими поверхностями разобрались, а что с перегородками и с теми что не несут на себе нагрузку. Перегородки, целесообразно делать в половину толщины – 12 см. Для поверхностей, которые не несут на себе нагрузки, так же справедлива формула устойчивости, которую мы рассмотрели выше. Но так как сверху, такая стена будет не закреплена, показатель коэффициента β нужно уменьшить на треть, и продолжить расчеты с уже другим значением.

Кладка в полкирпича, кирпич, полтора, два кирпича

В заключение давайте рассмотрим, как проводится кладка кирпича в зависимости от грузности поверхности. Кладка в полкирпича, самая простая из всех, так как нет необходимости делать сложные перевязки рядов. Достаточно, положить первый ряд материала, на идеально ровное основание и следить за тем, чтобы раствор равномерно ложился, и не превышал 10 мм в толщину.

Главным критерием качественной кладки сечением в 25 см, является осуществление качественной перевязки вертикальных швов, которые не должны совпадать. Для этого варианта кладки важно от начала до конца соблюдать выбранную систему, которых есть как минимум две, однорядная и многорядная. Отличаются они, способом перевязки и кладки блоков.

Кладка размером в полтора кирпича строится по такой системе: в первом ряду, блоки кладутся перпендикулярно друг другу, таким образом, чтобы с внешней стороны находилась тычковая часть, а с внутренней стороны – ложковая. Следующий ряд кладется, так же, но уже снаружи находится ложковая часть, а внутри тычковая.

Система кладки толщиной в два кирпича, схожа с кладкой в один кирпич, различие в том что горизонтальное сечение поверхности увеличится с 250 до 500 – 520 мм если учитывать размер швов.

Видео «Кирпичные стены»

Видеоролик о возведении домов из кирпича с использованием различных систем кладки. Как правильно утеплить кладку, и какие преимущества у этого материала.

Какой должна быть толщина стен

​

Одним из важнейших этапов проектирования дома является расчет толщины стен. Очевидно, что это показатель напрямую зависит от используемого материала. В данной статье будут приведены примерные расчеты для распространенных строительных материалов и Московской области и описание параметров расчета. Для того чтобы эти расчеты были полезны с практической точки зрения, мы сделаем их для конкретного региона — посчитаем, какой должна быть толщина стен в Москве и Московской области (актуально для большинства областей средней полосы России).

Основной характеристикой, влияющей на выбор толщины стен, является термическое сопротивление (R_req). Данный параметр зависит от толщины слоя материала, его коэффициента теплопроводности и коэффициентов теплообмена у внутренней и внешней поверхностей стены. Московский климат принято считать умеренно влажным и термическое сопротивление стен согласно задокументированным нормам СНиП должно составлять R

req_{= 3,13}. Стоит сразу отметить, что реальная толщина зачастую оказывается меньшей, чем требуется, что объясняется пренебрежением к расходованию топлива для отопления в советское время. С другой стороны, толщина стены может оказаться больше расчетной, так как расчеты выполнялись в лабораторных условиях при малой влажности. Повышенная влажность и паропроницаемость требует большей толщины несущих стен.

​

Как рассчитать толщину стены с учетом теплопроводности и паропроницаемости? Видео

Общая формула расчета термического сопротивления:

R_req=++, где h – требуемая толщина стены,  — коэффициент теплопроводности материала. Выразив h из данной формулы и зная коэффициенты теплообмена, можно рассчитать необходимую толщину стен для разных материалов.

1. Вата минеральная (=0,05 Вт/м*К). h≈16 см.
2. Сосна или ель () h = 45 см. Таким образом, нормальная толщина стен из бруса или бревна в России должна составлять около полуметра.
3. Дуб () h = 54 см.
4. Пенобетон марки D400 () h = 45 см. Как показывает практика, этот материал используется в последнее время все чаще, поэтому подчеркиваем еще раз: оптимальная толщина стен из газобетона или пеноблоков хорошего качества — около полуметра (а не 30 или 40 см). Примерно такой же должна быть толщина газосиликатной стены.
5. Кирпич сплошной (безщелевой) () h = 208 см. Да, тут нет никакой опечатки. Для соблюдения норм теплоизоляции толщина стен из кирпича безщелевого действительно должна составлять более 2 метров.

Нетрудно заметить, что 2-метровая толщина кирпичных стен в России – огромная редкость. Даже с учетом того, что в расчетах не учитывается дополнительное утепление, реальная толщина стен дома из кирпича всегда оказывается в несколько раз меньше. Это объясняется тем, что нехватку материала принято компенсировать отоплением дома. Для того чтобы не переплачивать за энергоносители, мы рекомендуем все же наверняка выяснить, какая толщина стен из кирпича будет оптимальной в Вашем конкретной случае и, возможно, выбрать другой вариант. Например, керамические поризованные блоки.

Если термическое сопротивление стен в Вашем доме отличается от 3,13  (для Москвы и области), то вы обязаны удовлетворить требования СНиП по тепловой защите зданий: вывести санитарно-гигиенический показатель на требуемый уровень и не превышать норм расходования теплоэнергии на отопление одного квадратного метра жилой площади здания. Проще говоря, легче с самого начала разобраться, какой должна быть толщина стен дома или коттеджа. Надеемся, наша статья Вам в этом помогла.

Планируете строительство дома? В нашем каталоге — готовые проекты домов и коттеджей, разработанных с учетом российского климата. Посмотрите все варианты и получите консультацию профессионалов!

Расчет толщины наружной стены по СНиП

Для условий утепления стен жилого здания в Пермском крае (температура воздуха в помещении + 21 ^oС), требуемое сопротивление теплопередаче составляет
     R_req = 3.56 м²•^oС/Вт.

Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции должно быть не ниже требуемого и определяется по формуле:
     R₀ = 1/a_int + R + 1/a_ext,
где
  a_int – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций;
  a_ext – коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции;
  R – термическое сопротивление ограждающей конструкции, определяемое по формуле:
     R = d₁ / l₁ + d₂ / l₂ + d₃ / l₃ + ⋯,
где
  d — толщина слоя;

  l — расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя.

Коэффициент теплопроводности материала слоя принимается по следующим данным.

Утеплитель — минеральная вата

Согласно производителю минераловатной теплоизоляции
Коэффициент теплопроводности:

• Минеральная вата — 0.04 Вт/м/^oС

Утеплитель — гранулированное пеностекло

Согласно протокола испытаний на теплопроводность
Коэффициент теплопроводности:

• Гранулированное пеностекло — 0.048 Вт/м/^oС

Газобетонные стены

Согласно СП 23-101-2004 «ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ»:
Коэффициент теплопроводности:

• Газобетонные блоки D500 — 0.20 Вт/м/^oС — приложение Д

Согласно СТО 501-52-01-2007 «ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ВОЗВЕДЕНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЖИЛЫХ И ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЯЧЕИСТЫХ БЕТОНОВ В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ»:
Коэффициент теплопроводности:

• Газобетонные блоки D500 — 0.20 Вт/м/
  oС — табл.4.7
• Кладка блоков на клею — 0.23 Вт/м/^oС — табл. 7.1
• Кладка блоков на растворе — 0.30 Вт/м/^oС — табл 7.1

Согласно производителю газобетонных блоков
Коэффициент теплопроводности:

• Газобетонные блоки D500 — 0.148 Вт/м/^oС

Даже при условии, что современные выпускаемые газобетонные блоки имеют более низкий коэффициент теплопроводности по сравнению с приведенными нормативными документами, минимальный коэффициент теплопроводности кладки стен из газобетонных блоков с учетом кладки на клей следует принимать не менее 0.175 Вт/м/^oС.

Пеностеклобетонные стены

Согласно немецкому аналогу пеностеклобетонных блоков Dennert Calimax 11
Коэффициент теплопроводности:

• Пеностеклобетонные стены — 0.11 Вт/м/^oС

Назад к сравнению стен

Как рассчитать толщину утеплителя

Даже популярные ныне коттеджи из бревна или профилированного бруса необходимо утеплять дополнительно или возводить их из практически несуществующего на рынке деревянного массива толщиной в 35-40 см. Что уж говорить о каменных строениях (блочных, кирпичных, монолитных).

Что значит «утеплиться правильно»

Итак, без теплоизоляционных слоёв обойтись нельзя, с этим согласится подавляющее большинства домовладельцев. Некоторым из них приходится изучать вопрос во время строительства собственного гнёздышка, другие озадачиваются утеплением, чтобы фасадными работами улучшить уже эксплуатируемый коттедж. В любом случае подходить к вопросу необходимо очень скрупулёзно.

Одно дело соблюдение технологии утепления, но ведь часто застройщики допускают ошибки на стадии закупки материала, в частности неправильно выбирают толщину утепляющего слоя. Если жилище окажется слишком холодным, то находиться в нём будет, мягко говоря, некомфортно. При благоприятном стечении обстоятельств (наличие запаса производительности теплогенератора) проблему получится решить увеличением мощности отопительной системы, что, однозначно, влечёт за собой существенный рост расходов на покупку энергоносителей.

Но обычно всё заканчивается куда печальнее: при малой толщине утепляющего слоя ограждающие конструкции промерзают. А это становится причиной перемещения точки росы вовнутрь помещений, из-за чего на внутренних поверхностях стен и перекрытий выпадает конденсат. Потом появляется плесень, разрушаются строительные конструкции и отделочные материалы… Что самое неприятное, так это тот факт, что невозможно устранить неприятности малой кровью. Например, на фасаде придётся демонтировать (или «похоронить») финишный слой, затем создать ещё один барьер из утеплителя, а потом снова отделать стены. Очень недёшево выходит, лучше сразу всё сделать как положено.

Важно! Технологичные современные утеплители мало стоить не будут, причём с увеличением толщины пропорционально будет расти и цена. Поэтому создавать слишком большой запас по теплоизоляции обычно смысла нет, это – пустая трата средств, особенно если случайному сверхутеплению подвергается только часть конструкций дома.

Принципы расчёта утепляющего слоя

Теплопроводность и термическое сопротивление

Прежде всего, нужно определиться с главной причиной охлаждения здания. Зимой у нас работает система отопления, которая греет воздух, но сгенерированное тепло проходит через ограждающие конструкции и рассеивается в атмосфере. То есть происходят теплопотери – «теплопередача». Она есть всегда, вопрос лишь в том, получается ли их восполнить посредством отопления, чтобы в доме оставалась стабильная положительная температура, желательно на уровне + 20-22 градусов.

Важно! Заметим, что очень немаловажную роль в динамике теплового баланса (в общих теплопотерях) играют различные неплотности в элементах здания – инфильтрация. Поэтому на герметичность и сквозняки тоже следует обращать внимание.  

Кирпич, сталь, бетон, стекло, деревянный брус… — каждый материал, применяемый при строительстве зданий, в той или иной мере обладает способностью передавать тепловую энергию. И каждый из них обладает обратной способностью – сопротивляться теплопередаче. Теплопроводность является величиной неизменной, поэтому в системе СИ существует показатель «коэффициент теплопроводности» для каждого материала. Данные эти важны не только для понимания физических свойств конструкций, но и для последующих расчётов.

Приведём данные для некоторых основных материалов в виде таблицы.

№	Материал	Коэффициент теплопроводности Вт/(м*К)
1	Сталь	52
2	Стекло	1,15
3	Железобетон с щебнем	1,7-2
4	Минеральная вата	0,035-0,053
5	Сосна влажности 15%	0,15-0,23
6	Кирпич с пустотами	0,44
7	Кирпич сплошной	0,67- 0,82
8	Пенопласт	0,04-0,05
9	Пенобетонные блоки	0,3-0,5

Теперь о сопротивлении теплопередаче. Значение сопротивления теплопередаче обратно пропорционально теплопроводности. Этот показатель относится и к ограждающим конструкциям, и к материалам как таковым. Он используется для того, чтобы охарактеризовать теплоизоляционные характеристики стен, перекрытий, окон, дверей, кровли…

Для расчёта термического сопротивления используют следующую общедоступную формулу:

R=d/k.

Показатель «d» здесь означает толщину слоя, а показатель «k» — теплопроводность материала. Получается, что сопротивление теплопередаче напрямую зависит от массивности материалов и ограждающих конструкций, что при использовании нескольких таблиц поможет нам рассчитать фактическое теплосопротивление существующей стены или правильный утеплитель по толщине.

Для примера: стена в половину кирпича (полнотелого) имеет толщину 120 мм, то есть показатель R получится 0,17 м²·K/Вт (толщина 0,12 метра, разделённая на 0,7 Вт/(м*К)). Аналогичная кладка в кирпич (250 мм) покажет 0,36 м²·K/Вт, а в два кирпича (510 мм) – 0,72 м²·K/Вт.

Допустим, по минеральной вате толщиной 50; 100; 150 мм показатели термического сопротивления будут следующие: 1,11; 2,22; 3,33 м²·K/Вт.

Важно! Большинство ограждающих конструкций в современных зданиях являются многослойными. Поэтому, чтобы рассчитать, например, термическое сопротивление такой стены, нужно отдельно рассматривать все её прослойки, а затем полученные показатели суммировать.

Существуют ли требования к тепловому сопротивлению

Возникает вопрос: а каким, собственно, должен быть показатель сопротивления теплопередачи для ограждающих конструкций в доме, чтобы в помещениях было тепло, и в отопительный период расходовалось минимум энергоносителей? К счастью для домовладельцев, не обязательно снова использовать сложные формулы. Вся необходимая информация есть в СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». В данном нормативном документе рассматриваются строения различного назначения, эксплуатируемые в различных климатических зонах. Это вполне объяснимо, так как температура для жилых помещений и производственных помещений не нужна одинаковая. Кроме того, отдельные регионы характеризуются своими предельными минусовыми температурами и длительность отопительного периода, поэтому выделяют такую усреднённую характеристику, как градусо-сутки отопительного сезона.

Важно! Ещё один интересный момент заключается в том, что основная интересующая нас таблица содержит нормируемые показатели для различных ограждающих конструкций. Это в общем-то не удивительно, ведь тепло покидает дом неравномерно.

Попробуем немного упростить таблицу по необходимому тепловому сопротивлению, вот что получится для жилых зданий (м²·K/Вт):

Регион по градусо-суткам	Окна	Стены	Перекрытия холодного чердака и холодного подвала
2000	0,3	2,1	2,8
4000	0,45	2,8	3,7
6000	0,6	3,5	4,6
8000	0,7	4,2	5,5
10000	0,75	4,9	6,4
12000	0,8	5,6	7,3

Согласно данной таблице, становится понятно, что если в Москве (5800 градусо-суток при средней температуре в помещениях порядка 24 градусов) строить дом только из полнотелого кирпича, то стену придётся делать по толщине более 2,4 метра (3,5 Х 0,7). Реально ли это технически и по деньгам? Конечно – абсурд. Вот почему нужно применить утепляющий материал.  

Очевидно, что для коттеджа в Москве, Краснодаре и Хабаровске будут предъявляться разные требования. Всё, что нам нужно, так это определить градусо-суточные показатели для нашего населённого пункта и выбрать подходящее число из таблицы. Потом применяя формулу сопротивления теплопередаче, работаем с уравнением и получаем оптимальную толщину утеплителя, который необходимо применить. 

Город	Градусо-сутки Dd отопительного периода при температуре, + С
	24	22	20	18	16	14
Абакан	7300	6800	6400	5900	5500	5000
Анадырь	10700	10100	9500	8900	8200	7600
Арзанас	6200	5800	5300	4900	4500	4000
Архангельск	7200	6700	6200	5700	5200	4700
Астрахань	4200	3900	3500	3200	2900	2500
Ачинск	7500	7000	6500	6100	5600	5100
Белгород	4900	4600	4200	3800	3400	3000
Березово (ХМАО)	9000	8500	7900	7400	6900	6300
Бийск	7100	6600	6200	5700	5300	4800
Биробиджан	7500	7100	6700	6200	5800	5300
Благовещенск	7500	7100	6700	6200	5800	5400
Братск	8100	7600	7100	6600	6100	5600
Брянск	5400	5000	4600	4200	3800	3300
Верхоянск	13400	12900	12300	11700	11200	10600
Владивосток	5500	5100	4700	4300	3900	3500
Владикавказ	4100	3800	3400	3100	2700	2400
Владимир	5900	5400	5000	4600	4200	3700
Комсомольск-на-Амуре	7800	7300	6900	6400	6000	5500
Кострома	6200	5800	5300	4900	4400	4000
Котлас	6900	6500	6000	5500	5000	4600
Краснодар	3300	3000	2700	2400	2100	1800
Красноярск	7300	6800	6300	5900	5400	4900
Курган	6800	6400	6000	5600	5100	4700
Курск	5200	4800	4400	4000	3600	3200
Кызыл	8800	8300	7900	7400	7000	6500
Липецк	5500	5100	4700	4300	3900	3500
Санкт Петербург	5700	5200	4800	4400	3900	3500
Смоленск	5700	5200	4800	4400	4000	3500
Магадан	9000	8400	7800	7200	6700	6100
Махачкала	3200	2900	2600	2300	2000	1700
Минусинск	4700	6900	6500	6000	5600	5100
Москва	5800	5400	4900	4500	4100	3700
Мурманск	7500	6900	6400	5800	5300	4700
Муром	6000	5600	5100	4700	4300	3900
Нальчик	3900	3600	3300	2900	2600	2300
Нижний Новгород	6000	5300	5200	4800	4300	3900
Нарьян-Мар	9000	8500	7900	7300	6700	6100
Великий Новгород	5800	5400	4900	4500	4000	3600
Олонец	6300	5900	5400	4900	4500	4000
Омск	7200	6700	6300	5800	5400	5000
Орел	5500	5100	4700	4200	3800	3400
Оренбург	6100	5700	5300	4900	4500	4100
Новосибирск	7500	7100	6600	6100	5700	5200
Партизанск	5600	5200	4900	4500	4100	3700
Пенза	5900	5500	5100	4700	4200	3800
Пермь	6800	6400	5900	5500	5000	4600
Петрозаводск	6500	6000	5500	5100	4600	4100
Петропавловск-Камчатский	6600	6100	5600	5100	4600	4000
Псков	5400	5000	4600	4200	3700	3300
Рязань	5700	5300	4900	4500	4100	3600
Самара	5900	5500	5100	4700	4300	3900
Саранск	6000	5500	5100	5700	4300	3900
Саратов	5600	5200	4800	4400	4000	3600
Сортавала	6300	5800	5400	4900	4400	3900
Сочи	1600	1400	1250	1100	900	700
Сургут	8700	8200	7700	7200	6700	6100
Ставрополь	3900	3500	3200	2900	2500	2200
Сыктывкар	7300	6800	6300	5800	5300	4900
Тайшет	7800	7300	6800	6300	5800	5400
Тамбов	5600	5200	4800	4400	4000	3600
Тверь	5900	5400	5000	4600	4100	3700
Тихвин	6100	5600	2500	4700	4300	3800
Тобольск	7500	7000	6500	6100	5600	5100
Томск	7600	7200	6700	6200	5800	5300
Тотьна	6700	6200	5800	5300	4800	4300
Тула	5600	5200	4800	4400	3900	3500
Тюмень	7000	6600	6100	5700	5200	4800
Улан-Удэ	8200	7700	7200	6700	6300	5800
Ульяновск	6200	5800	5400	5000	4500	4100
Уренгой	10600	10000	9500	8900	8300	7800
Уфа	6400	5900	5500	5100	4700	4200
Ухта	7900	7400	6900	6400	5800	5300
Хабаровск	7000	6600	6200	5800	5300	4900
Ханты-Мансийск	8200	7700	7200	6700	6200	5700
Чебоксары	6300	5800	5400	5000	4500	4100
Челябинск	6600	6200	5800	5300	4900	4500
Черкесск	4000	3600	3300	2900	2600	2300
Чита	8600	8100	7600	7100	6600	6100
Элиста	4400	4000	3700	3300	3000	2600
Южно-Курильск	5400	5000	4500	4100	3600	3200
Южно-Сахалинск	6500	600	5600	5100	4700	4200
Якутск	11400	10900	10400	9900	9400	8900
Ярославль	6200	5700	5300	4900	4400	4000

Примеры расчёта толщины утеплителя

Предлагаем на практике рассмотреть процесс расчётов утепляющего слоя стены и потолка жилой мансарды. Для примера возьмём дом в Вологде, построенный из блоков (пенобетон) толщиной 200 мм.

Итак, если температура в 22 градуса для обитателей будет нормальной, то актуальный в данном случае показатель градусо-суток равняется 6000. Находим в таблице нормативов по термическому сопротивлению соответствующий показатель, он составляет 3,5 м²·K/Вт – к нему будем стремиться.

Стена получится многослойная, поэтому сначала определим, сколько термического сопротивления даст голый пеноблок. Если средняя теплопроводность пенобетона составляет порядка 0,4 Вт/(м*К), то при 20-миллиметровой толщине эта наружная стена даст сопротивление теплопередаче на уровне 0,5 м²·K/Вт (0,2 метра делим на коэффициент теплопроводности 0,4).

То есть для качественного утепления нам не хватает порядка 3 м²·K/Вт. Их можно получить минеральной ватой или пенопластом, который будут установлены со стороны фасада в вентилируемой навесной конструкции или мокрым способом скреплённой теплоизоляции. Чуть трансформируем формулу термического сопротивления и получаем необходимую толщину – то есть умножаем необходимое (недостающее) сопротивление теплопередачи на теплопроводность (берём из таблицы).

В цифрах это будет выглядеть так: d толщина базальтовой минваты = 3 Х 0,035 = 0,105 метра. Получается, что мы может использовать материал в матах или рулонах толщиной 10 сантиметров. Заметим, что при использовании пенопласта плотностью 25 кг/м3 и выше – необходимая толщина получится аналогичной.

Кстати, можно рассмотреть другой пример. Допустим, хотим из полнотелого силикатного кирпича в этом же доме сделать ограждение тёплого остеклённого балкона, тогда недостающего термического сопротивления будет порядка 3,35 м²·K/Вт (0,12Х0,82). Если планируется применять для утепления пенопласт ПСБ-С-15, то его толщина должна быть 0,144 мм – то есть 15 см.  

Для мансарды, крыши и перекрытий техника расчётов будет примерно такая же, только отсюда исключается теплопроводность и сопротивление теплопередачи несущих конструкций. А также несколько увеличиваются требования по сопротивлению – потребуется уже не 3,5 м²·K/Вт, а 4,6. В итоге, вата подойдёт толщиной до 20 см = 4,6 Х 0,04 (теплоизолятор для кровли).

Применение калькуляторов 

Производители изоляционных материалов решили упростить задачу рядовым застройщикам. Для этого они разработали простые и понятные программки для расчёта толщины утеплителя.

Рассмотрим некоторые варианты:

http://www.xps.tn.ru/calculate/

http://calc.rockwool.ua/#professional

http://www.penoplex.ru/school/index.php?step=4

http://www.knaufinsulation.ru/kalkulyator-dlya-rascheta-kolichestva-teploizolyatsii-0

В каждом из них в несколько шагов нужно заполнить поля, после чего, нажав на кнопку, можно мгновенно получить результат.

Вот некоторые особенности использования программ:

1. Везде предлагается из выпадающего списка выбрать город/район/регион строительства.

2. Все, кроме Технониколь, просят определить тип объекта: жилое/производственное, либо, как на сайте Пеноплекс – городская квартира/лоджия/малоэтажный дом/хозпостройка.

3. Потом указываем, какие конструкции нас интересуют: стены, полы, перекрытие чердака, крыша. Программа Пеноплекс рассчитывает также утепление фундамента, инженерных коммуникаций, уличных дорожек и площадок.

4. Некоторые калькуляторы имеют поле для указания желаемой температуры внутри помещения, на сайте Rockwool интересуются также габаритами здания и типом применяемого для отопления топлива, количеством проживающих людей. Кнауф ещё учитывает относительную влажность воздуха в помещениях.

5. На penoplex.ru нужно указать тип и толщину стен, а также материал, из которого они изготовлены. 

6. В большинстве калькуляторов есть возможность задать характеристики отдельных или дополнительных слоёв конструкций, например, особенности несущих стен без теплоизоляции, тип облицовки…

7. Калькулятор пеноплекс для некоторых конструкций (допустим для утепления кровли методом «между стропил») может считать не только экструдированный пенополистирол, на котором фирма специализируется, но также минеральную вату.

Как вы понимаете, в том, чтобы рассчитать оптимальную толщину теплоизоляции – ничего сложного нет, следует только со всей тщательностью подойти к данному вопросу. Главное, чётко определиться с недостающим сопротивлением теплопередаче, а потом уже выбирать утеплитель, который будет лучше всего подходить для конкретных элементов здания и применяемых строительных технологий. Также не стоит забывать, что к теплоизоляцией частного дома необходимо заниматься комплексно, в должной степени должны быть утеплены все ограждающие конструкции.

Правила и примеры расчета толщины утеплителя

Теплый дом — мечта каждого владельца, для достижения этой цели строятся толстые стены, проводится отопление, устраивается качественная теплоизоляция. Чтобы утепление было рациональным необходимо правильно подобрать материал и грамотно рассчитать его толщину.

Какие данные нужны для расчета толщины утеплителя?

Размер слоя изоляции зависит от теплового сопротивления материала. Этот показатель является величиной, обратной теплопроводности. Каждый материал — дерево, металл, кирпич, пенопласт или минвата обладают определенной способностью передавать тепловую энергию. Коэффициент теплопроводности высчитывается в ходе лабораторных испытаний, а для потребителей указывается на упаковке.

Если материал приобретается без маркировки, можно найти сводную таблицу показателей в интернете.

Название материала	Теплопроводность, Вт/м*К
Бетон	1,51
Кирпич силикатный	0,7
Пенобетон	0,29
Дерево	0,18
ДСП	0,15
Минеральная вата	0,07-0,048
Экструдированный пенополистирол	0,036
Пенополиуретан	0,041-0,02
Пенополистирол	0,05-0,038
Пеностекло	0,11

Теплосопротивление материала ® является постоянной величиной, его определяют как отношение разности температур на краях утеплителя к силе проходящего через материал теплового протока. Формула расчета коэффициента: R=d/k, где d — толщина материала, k — теплопроводность. Чем выше полученное значение, тем эффективней теплоизоляция.

Почему важно правильно рассчитать показатели утепления?

Теплоизоляция устанавливается для сокращения потерь энергии через стены, пол и крышу дома. Недостаточная толщина утеплителя приведет к перемещению точки росы внутрь здания. Это означает появление конденсата, сырости и грибка на стенах дома. Избыточный слой теплоизоляции не дает существенного изменения температурных показателей, но требует значительных финансовых затрат, поэтому является нерациональным. При этом нарушается циркуляция воздуха и естественная вентиляция между комнатами дома и атмосферой. Для экономии средств с одновременным обеспечением оптимальных условий проживания требуется точный расчет толщины утеплителя.

Расчет теплоизоляционного слоя: формулы и примеры

Чтобы иметь возможность точно рассчитать величину утепления, необходимо найти коэффициент сопротивления теплопередачи всех материалов стены или другого участка дома. Он зависит от климатических показателей местности, поэтому вычисляется индивидуально по формуле:

ГСОП=(tв-tот)xzот

tв — показатель температуры внутри помещения, обычно составляет 18-22ºC;

tот — значение средней температуры;

zот — длительность отопительного сезона, сутки.

Значения для подсчета можно найти в СНиП 23-01-99.

При вычислении теплового сопротивления конструкции, необходимо сложить показатели каждого слоя: R=R1+R2+R3 и т. д. Исходя из средних показателей для частных и многоэтажных домов определены примерные значения коэффициентов:

• стены — не менее 3,5;
• потолок — от 6.

Толщина утеплителя зависит от материала постройки и его величины, чем меньше теплосопротивление стены или кровли, тем больше должен быть слой изоляции.

Пример: стена из силикатного кирпича толщиной в 0,5 м, которая утепляется пенопластом.

Rст.=0,5/0,7=0,71 — тепловое сопротивление стены

R- Rст.=3,5-0,71=2,79 — величина для пенопласта

Имея все данные, можно рассчитать необходимый слой утеплителя по формуле: d=Rxk

Для пенопласта теплопроводность k=0,038

d=2,79×0,038=0,10 м — потребуются плиты пенопласта толщиной в 10 см

По такому алгоритму легко подсчитать оптимальную величину теплоизоляции для всех участков дома, кроме пола. При вычислениях, касающихся утеплителя основания, необходимо обратиться к таблице температуры грунта в регионе проживания. Именно из нее берутся данные для вычисления ГСОП, а далее ведется подсчет сопротивления каждого слоя и искомая величина утеплителя.

Популярные способы утепления дома

Выполнить теплоизоляцию здания можно на этапе возведения или после его окончания. Среди популярных методов:

• Монолитная стена существенной толщины (не менее 40 см) из керамического кирпича или дерева.
• Возведение ограждающих конструкций путем колодезной кладки — создание полости для утеплителя между двумя частями стены.
• Монтаж наружной теплоизоляции в виде многослойной конструкции из утеплителя, обрешетки, влагозащитной пленки и декоративной отделки.

По готовым формулам произвести расчет оптимальной толщины утеплителя можно без помощи специалиста. При вычислении следует округлять число в большую сторону, небольшой запас величины слоя теплоизолятора будет полезен при временных падениях температуры ниже среднего показателя.

Калькулятор толщины трубы согласно ASME B31.3 »Мир трубопроводной инженерии

Этот калькулятор толщины трубы рассчитывает требуемую толщину трубы для технологической трубы на основе кода ASME B31.3. Подробная информация о расчетах за спиной приведена в конце этого калькулятора.

Этот калькулятор рассчитывает требуемую толщину трубы под внутренним давлением на основе критериев, указанных в разделах 302.1.1 и 302.2.2 Норм ASME B31.3 для напорных трубопроводов.

Требуется ввод

1. Материал трубы конструкции.
2. Труба NPD.
3. Тип конструкции трубы: Бесшовные, EFW, ERW и т. Д.
4. Расчетная температура.
5. Расчетное давление.
6. Допуск на коррозию по материалам и условиям эксплуатации.
7. Механический припуск.
8. Допуск фрезерования.

Как известно, ASME B31.3 содержит формулы и рекомендации для расчета трубы под давлением. Хотя формула довольно проста, иногда бывает сложно найти правильные значения отдельных факторов.Этот калькулятор толщины технологической трубы использует следующую формулу для расчета толщины стенки.

304.1.2 (a) уравнение 3a:

1. Бесшовные трубы: расчетная толщина t = (PD) / 2 (SE + PY)
2. Сварные трубы: расчетная толщина t = (PD) / 2 (SEW + PY)

Где:

P: Внутреннее расчетное манометрическое давление

D: Наружный диаметр трубы

В этом калькуляторе внешний диаметр взят из Американских стандартов на трубы для выбранного номинального диаметра трубы:

1. ASME B36.10: Сварные и бесшовные стальные трубы из кованой стали.
2. ASME B36.19: Трубы из нержавеющей стали.

S: допустимое значение напряжения для материала из таблицы A-1

Это допустимые значения напряжения для различных материалов при разных температурах. Приведено в таблице A-1 стандарта ASME B31.3. Я включил в этот калькулятор наиболее часто используемые материалы для труб. Если вы хотите, чтобы было включено больше материалов ASTM, укажите это в разделе комментариев ниже.

E: Коэффициент качества продольного сварного шва

1. Применяется согласно ASME B31.3 Таблица A-1A или A-1B.
2. 1 Для бесшовных труб.
3. 0,60 для труб, сваренных встык.
4. 0,85 для труб электросварных сопротивлением.

W: Коэффициент снижения прочности сварного соединения

1. Применимо в соответствии с пунктом 302.3.5 (e) ASME B31.3
2. Применимо только для сварных труб.
3. Вт — принять за 1 для бесшовных труб.
4. Значение W принимается равным 1,0 при температуре 510 ° C (950 ° F) и ниже и 0,5 при 815 ° C (1500 ° F) для всех материалов.
5. Значение линейно интерполируется для промежуточных температур.

Y: коэффициент из таблицы 304.1.1,

Действительно для t

Добавление припусков

Расчетная расчетная толщина стенки должна быть добавлена ​​к припуску на коррозию, механическому припуску на нарезание канавок, резьб и т. Д. И производственному допуску, чтобы получить окончательное значение. Следующее более высокое значение стандартной толщины из Стандартов труб, таких как ASME B36.10 и ASME B36.19.

Требуемая толщина = Расчетная толщина + припуски.

Выбор толщины стенки

Проектировщик должен выбрать толщину из графиков номинальной толщины, содержащихся в таблице 1, указанной в ASME B36.10 и B36.19, в соответствии со значением, вычисленным для выполнения условий, для которых требуется труба.

Пожалуйста, оставьте свои комментарии / предложения в поле для комментариев ниже.

Как это:

Нравится Загрузка …

Как рассчитать минимальную требуемую толщину стенки для трубки

При расчетах по кодам ASME с использованием цилиндрических компонентов для энергетики 3-го класса вам потребуется знать, как рассчитать минимальную требуемую толщину стенки для труб.Трубки, для которых вам может потребоваться определить минимальную толщину, могут быть, помимо прочего, трубами пароперегревателя или трубами водотрубного котла. Этот пост помогает объяснить материал, освещенный в:

Все указанные ниже номера страниц взяты из кода ASME для котлов и сосудов под давлением 2007.

Формула

Для определения минимальной необходимой толщины трубок вы воспользуетесь формулой, содержащейся в коде ASME «Котлы и сосуды высокого давления» PG-27 «Цилиндрические компоненты под внутренним давлением».В частности, PG-27.2.1 на стр.8 .

PG-27.2.1 Трубка — до 5 дюймов включительно. (125 мм) внешний диаметр . Важно запомнить этот момент, так как любой кусок материала с наружным диаметром более 125 мм теперь считается трубопроводом, и необходимо использовать уравнение, приведенное в PG-27.2.2 стр. 10.

Формула для расчета минимально необходимой толщины:

Переменные формулы

Символы, используемые в формулах PG-27, содержатся в параграфе PG-27.3 стр. 10 и определяются следующим образом.

C = Минимальный допуск на резьбу и стабильность конструкции (мм) (PG-27.4, примечание 3) стр.11

D = или O.D. is Наружный диаметр цилиндра (мм) «В данном случае трубка»

E = Эффективность продольных сварных швов или связок между отверстиями, в зависимости от того, что ниже (допустимые значения E перечислены в PG-27.4, примечание 1) стр. 11

e = коэффициент толщины расширенных концов трубы (мм) (см. PG-27.4, примечание 4) стр.11

P = Максимально допустимое рабочее давление «Манометрическое давление» (МПа) (см. PG-21, относится к избыточному давлению)

R = Внутренний радиус цилиндра (мм) «В данном случае трубка»

S = Максимально допустимое значение напряжения при рабочей температуре металла (Раздел II, Часть D, Таблица 1A. См. PG-27.4, примечание 2) стр. 11. При определении максимально допустимого значения напряжения необходимо проверить ( Материалы пластин PG-6) стр. 4 и (материалы котельных труб PG-9) стр. 5 перед началом расчетов, поскольку эта информация определит правильную таблицу напряжений для использования, указав, является ли материал углеродистой сталью или легированной сталью.

t = минимальная требуемая толщина (мм) (см. PG-27.4, примечание 7) стр.12

y = температурный коэффициент (см. PG-27.4, примечание 6) стр.11

Как рассчитать минимальную требуемую толщину стенки трубы

Примечание: Все вопросы кода должны быть рассчитаны на дюймов (мм) и (МПа), если не указано иное. Преобразуйте соответствующим образом и правильно перед расчетом.

Как определить минимальную требуемую толщину стенки для трубной практики Вопрос № 1

Как определить минимальную требуемую толщину стенки для трубной практики Вопрос № 2

Сводка

Надеюсь, представленные примеры помогут вам понять, как рассчитать минимальную требуемую толщину стенки трубы.Если у вас есть дополнительные вопросы, отзывы или идеи по улучшению предоставленного контента, дайте мне знать в разделе комментариев ниже.

Энергетика 101

Расчет толщины оболочки

• Вы здесь:
• Дом
• Расчет толщины оболочки

Расчет толщины оболочки

Корпус статического оборудования, находящегося под давлением, во многих случаях имеет цилиндрическую форму.Более сложное оборудование, такое как ректификационные колонны, также может иметь коническую или более коническую часть. Однако резервуары для сжиженного нефтяного газа обычно имеют сферический корпус.

Страница расчета толщины оболочки предназначена для расчета толщины стенок цилиндра, конуса и сферы под давлением без отверстий. Расчет не принимает во внимание дополнительное напряжение вокруг отверстий для сопел и, следовательно, является основным расчетом прочности. Коды расчета — ASME, Голландские правила и EN Euronorm.

На рисунке ниже показаны размеры, использованные в расчетах.Для расчета также требуется, чтобы пользователь ввел значение напряжения в зависимости от материала. На странице расчета есть ссылка на страницу свойств материала, но значения на страницах материалов приведены только для справки и не должны использоваться в реальных расчетах.

	Расчет толщины стенки цилиндра в соответствии с голландскими правилами
	Допустимое напряжение	f = f 1 = 0.67 * R e (T d ) =	0,67 * 175,2 =	117,38 Н / мм 2
	Расчетная толщина	d = d n — Ca — тол =	8,2 — 1 — 1,03 =	6,17 мм
	Цилиндр:
	Внутренний диаметр	D i = D e — 2 * d =	219.1-2 * 6,17 =	206,76 мм
	Требуемая толщина стенки		0,5 * 219,1 (2 * 1 * 117,384 + 0,5) =	0.47 мм
	Требуемая номинальная толщина	d rn = d r + Ca + tol =	0,466 + 1 + 1,03 =	2,50 мм
	Требуемое уменьшение прочности		0.5 * (206,76 + 6,17) 2 * 6,17 * 117,384 =	0,07350
	Расчет толщины, d> d r ?	d n = 8,2 мм в норме
	Вес			96.22 кг
	Закрытый том			0,073 м 3

Расчет толщины стенки трубы (ASME B31.3)

	Результаты
	NPS [[getResult ([‘NPS’])]]
	Внутренний диаметр d [[getResult ([‘d’])]] [[gUL (‘длина’)]]
	Внешний диаметр D [[getResult ([‘D’])]] [[gUL (‘длина’)]]
	Номинальная толщина т н [[getResult ([‘tn’])]] [[gUL (‘длина’)]]
	Undertol.толщина т н * ут / 100 [[getResult ([‘t_ut’])]] [[gUL (‘длина’)]]
	Минимальная толщина Т = t n (1-ут / 100) [[getResult ([‘T’])]] [[gUL (‘длина’)]]
	Допустимое напряжение S [[getResult ([‘S’])]] [[gUL (‘давление’)]]
	Коэффициент Y Y [[getResult ([‘Y’])]]
	Фактор качества сварного соединения E [[getResult ([‘E’])]]
	Расчетная толщина давления т [[getResult ([‘t’])]] [[gUL (‘длина’)]]
	Общий механический припуск c = ca + h [[getResult ([‘c’])]] [[gUL (‘длина’)]]
	Требуемая толщина т м [[getResult ([‘tm’])]] [[gUL (‘длина’)]]
	Приемлемость отбора Т> т м [[getResult ([‘приемлемость’])]]

Использование теории напряжений в балке для расчета необходимой толщины стенки трубы

Нолан Л.Миллер, технический специалист SASOL North America. Эта статья опубликована в выпуске Inspectioneering Journal за ноябрь / декабрь 2016 г.

Введение

Независимо от того, занимается ли аналитик разработкой новой системы трубопроводов или выполнением анализа существующей системы трубопроводов, которая страдает от какого-либо типа повреждений, аналитик должен учитывать все переменные, которые могут повлиять на систему.Один из вопросов, который был областью неопределенности для проектировщика трубопроводной системы или специалиста по пригодности для обслуживания, — это компонент прочности конструкции при расчете минимальной толщины. Стандарты проектирования и анализа, такие как ASME B31.3 или API 579, относятся к использованию требований к прочности конструкции для проектирования или анализа трубопроводных систем. Хотя это требование в процессе анализа, ни один из стандартов не предписывает, как выполнять этот расчет. Существует множество подходов, которые можно использовать для определения конструктивного элемента для требуемой толщины стенки трубы.Эти процессы включают в себя расчет напряжения изгиба балки, расчет прогиба балки, использование расчета в процентах или просто фиксированного минимального значения толщины. В этой статье будет рассмотрена методология каждого процесса, но основное внимание будет уделено использованию расчетов изгибного напряжения балки и расчетов прогиба балки для определения структурного компонента при расчете требуемой толщины стенки трубы.

Расчет минимальной толщины стенки должен основываться на эффектах внутреннего и / или внешнего давления, напряжениях, вызванных тепловыми воздействиями, эффектах гидродинамики, весе жидкости, весе изоляционной системы, весе трубы. сам по себе, и даже эффекты краткосрочных предметов, таких как снег, лед и ветер, и, когда это применимо, сейсмическая активность.

Если у аналитика есть доступ к модели анализа напряжений, обычно указываются значения веса, ветра и термически индуцированных напряжений, которые могут быть извлечены из анализа. В отсутствие модели анализа напряжений аналитик должен определить, какие напряжения имеют наибольшее влияние на систему трубопроводов, и в результате рассчитать требуемую толщину стенки.

Различные методы расчета

Эта статья предоставит информацию о четырех (4) возможных методах на выбор при попытке рассчитать минимально необходимый структурный компонент толщины стенки трубы.Аналитик должен рассмотреть и выбрать процесс расчета, обеспечивающий наиболее точные и достоверные результаты.

Первый метод, который я рассмотрю для определения минимальной требуемой толщины стенки новой трубы, — это вычислить толщину, необходимую для выдерживания давления продукта, добавить величину допуска на будущую коррозию, а затем указать следующую более высокую / более толстую трубу по спецификации, которая не должно быть меньше заранее определенной суммы. Это часто наблюдается в трубах с малым внутренним диаметром, меньше NPD (номинального диаметра трубы) 2.Учреждения или фирмы, которые решили использовать этот метод, имеют историческую информацию, подтверждающую использование этой философии. Необычно, чтобы на нефтехимическом предприятии была указана труба меньше, чем Schedule 80, для NPD 3 и меньше, чем стандартная стенка для NPD 3 — NPD 12. Эта практика обычно основана на типичных пролетах опор из конструкционной стали, хотя некоторые небольшие отверстие может быть резьбовым, а не сварным, и опыт показывает, что Schedule 80 обеспечивает значительно более длительный срок службы с небольшими дополнительными затратами.Хотя этот процесс хорошо подходит для новой спецификации труб, он не дает аналитику технической основы для указанной толщины.

Второй метод, который можно использовать для определения толщины стенки конструкции, заключается в использовании процента от номинальной толщины стенки. Некоторые аналитики используют от 25% до 35% номинальной толщины стандартной стенки в качестве структурного компонента трубопровода, а затем добавляют толщину, рассчитанную под давлением, и допуск на будущую коррозию, чтобы определить минимальную требуемую толщину.Многие нефтехимические предприятия и коммерческие системы программного обеспечения Asset Integrity Software используют процентное значение по умолчанию (обычно 50%) от номинальной толщины для определения толщины конструкции. Хотя эти методы обеспечивают быстрый и простой процесс получения числового значения, аналитик должен быть осторожен с технической достоверностью значения. В соответствии с рекомендациями некоторых поставщиков программного обеспечения для мониторинга коррозии, значение по умолчанию 50% для толщины конструкции предназначено для использования в качестве толщины уровня предупреждения или действия.Если система трубопроводов коррозирует до этого уровня, ее следует либо заменить, либо провести дальнейший подробный анализ.

Этот контент доступен зарегистрированным пользователям и подписчикам.

Зарегистрируйтесь сегодня, чтобы получить доступ к этой статье бесплатно.

Создайте бесплатную учетную запись и получите доступ к: Разблокируйте один премиум-товар по вашему выбору в месяц Эксклюзивный онлайн-контент, видео и загрузки Информативные и полезные вебинары НАЧАТЬ

Текущие подписчики и зарегистрированные пользователи могут войти в систему сейчас.

утонение стен | Инструмент для гибки

Уменьшение толщины стенки, которое происходит по мере удлинения выступа в месте изгиба. Причина утонения стенки трубы проста: фиксированное количество материала, содержащегося в стенке, должно распространяться, чтобы покрыть излишки, поскольку его площадь увеличивается в месте изгиба. И наоборот, стенка внутренней зоны утолщается одновременно с уменьшением площади этой области. (См. Геометрию для иллюстрации регионов, упомянутых в этой записи.)

Утонение стенки, в отличие от утолщения стенки, является проблемой, на которую трубогибы обращают особое внимание, потому что для многих операций сгибания требуется минимальная толщина стенки в готовом изделии. Многие факторы играют роль в определении того, насколько будет тоньше стена, и не последней из них является установка. Одна из ключевых целей хорошей настройки — минимизировать сопротивление в точке изгиба, что, в свою очередь, минимизирует количество утонения стенки.

Чтобы определить реалистичную целевую толщину стенок экстрадосов после утонения, используйте следующую формулу: WT — ((OSR — CLR) / OSR x WT) = RWT, где «WT» — начальная толщина стенки, «OSR» — это внешний радиус, «CLR» — это радиус центральной линии, «RWT» — это толщина стенки после уменьшения путем изгиба.Например, для трубного изгиба 2 ″ TOD x 0,065 ″ WT x 4 ″ CLR расчет целевой толщины стенки после изгиба составляет 0,065 — ((5 — 4) / 4 x 0,065) = 0,04875. Таким образом, реальная цель для толщины стенки в этом приложении составляет около 0,049 дюйма.

Достижение этого целевого значения предполагает установку «переднего стержня с низким давлением», которая снижает сопротивление прямого давления в точке изгиба и максимизирует эффект вспомогательного давления. Увеличение вспомогательного давления будет учитывать изменения пластичности материала, но не будет значительно превышать целевое значение.Чтобы существенно увеличить это значение, обычно требуется начать с более тяжелой стены. Однако давление наддува, которое является особенностью, которой не хватает большинству машин, представляет собой механическое средство, позволяющее измерить превышение целевого значения, хотя и за счет чрезмерного утолщения стенки внутренней полости. (Дополнительную информацию см. В статьях о вспомогательном давлении и давлении наддува.

[НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ ИНСТРУКЦИЙ ПО 4-ЭТАПНОЙ ПРОЦЕДУРЕ НАСТРОЙКИ]

Учитывать ключевые факторы при расчете и выборе толщины стенки трубопровода

С.Зардынежад, Toyo Engineering Canada Ltd., Калгари, Канада

Толщина стенок трубопровода играет важную роль в снижении риска потери механической целостности и отказа трубопровода — сценариев, представляющих опасность для людей и окружающей среды. При расчете и выборе экономической толщины трубопроводов необходимо учитывать множество факторов, поскольку ограниченных факторов, учитываемых в формуле кодовой толщины, недостаточно.

Здесь расчет толщины стенок трубопроводов основан на международных нормах и стандартах, и обсуждаются уроки, извлеченные при расчете и выборе толщины трубопроводов.

Выход из строя трубопровода может быть смертельным. 9 сентября 2010 г., 18:11 по тихоокеанскому времени, 30-дюйм. Газопровод для транспортировки природного газа взорвался в жилом районе Сан-Бруно, Калифорния. В результате взрыва было разрушено тридцать восемь домов, восемь человек погибли. Геологическая служба США зарегистрировала взрыв и последовавший за ним землетрясение силой 1,1 балла.

Исследования отказов трубопровода показывают, что риск основных причин или режимов отказа можно снизить, выбрав подходящую толщину стенки трубопровода. В таблице 1 перечислены виды отказов магистрального трубопровода и влияние толщины стенок на соответствующее снижение риска, что является кульминацией опыта автора.

Статистика показывает, что наиболее распространенным видом отказа является вмешательство третьей стороны, то есть приложенные извне механические силы. Другими ключевыми причинами отказов являются коррозия, дефекты материалов и природные опасности. Толщина стенки — это самый большой механизм снижения риска для большинства отказов трубопровода, потому что при увеличении толщины стенки частота отказов значительно снизится.

Расчет толщины играет важную роль не только в снижении риска отказа трубопровода, но и в снижении стоимости проекта трубопровода. Расчеты также влияют на сроки проекта, поскольку они влияют на сроки производства и строительства.

Коэффициенты расчета толщины трубопровода. Формулы кода толщины трубопровода учитывают ограниченное количество факторов и нагрузок при анализе толщины и напряжений. Инженер несет ответственность за определение дополнительных факторов в зависимости от конкретных нагрузок.Кроме того, инженер должен рассмотреть необходимые механизмы защиты и снижения риска для каждого возможного режима отказа. При расчете толщины стенки трубопровода следует учитывать несколько важных факторов, как указано здесь.

Применимые нормы, стандарты и спецификации. Первые шаги при проектировании трубопровода и расчетах толщины стенок — это определение надлежащих норм, стандартов и спецификаций. В каждом коде и стандарте могут использоваться разные расчетные формулы и коэффициенты для расчета толщины стенки.

Геотехнический отчет. Геотехнические данные и информация о грунте играют важную роль при проектировании трубопроводов и расчетах толщин. Заказ трубопровода не следует размещать, если геотехнические отчеты и отчеты о почве не были тщательно изучены и поняты.

Обследование трубопроводов. Обследование — ключевой документ при проектировании трубопроводов. Он включает в себя необходимую информацию, которая может повлиять на расчеты прочности и напряжений, например, наличие транспортных переходов, мушкетов, участков склонов и движения грунта, железных дорог, районов гидравлических ударов и районов затопления.

Местное регулирование. ¹ При расчете толщины и допустимых уровней напряжений в дополнение к применимым нормам, стандартам и строительным спецификациям необходимо учитывать местные нормы. Например, в Канаде пункт 6.9.25 Директивы 56 Совета по сохранению энергоресурсов (ERCB) включает допустимые уровни напряжений для материалов трубопроводов из стали, алюминия и полиэтилена. Уровень напряжения определяется как допустимое напряжение в стенке трубы, которое создается давлением жидкости в трубопроводе. ¹ После расчета толщины на основе Канадской ассоциации стандартов (CSA) Z662, ² уровень напряжения проверяется в соответствии с ERCB.

Стресс-исследование. Анализ гибкости — основная цель исследования напряжений трубопровода. Заглубленный трубопровод будет расширяться к концам или изгибаться при повышении температуры; однако центральная часть трубопровода будет полностью ограничена силой трения о грунт. Это расширение создает силу трения почвы, которая пропорциональна длине расширяющейся части.Следует провести исследование напряжений трубопровода с использованием компьютерного программного обеспечения или простой электронной таблицы.

Минимальная расчетная температура металла (MDMT). MDMT может изменить требования к материалам и испытаниям на удар. MDMT должен основываться на самой низкой рабочей температуре или самой низкой заявленной температуре окружающей среды, в зависимости от того, что является более серьезным. При выборе подходящего MDMT инженер должен учитывать минимальную температуру монтажа и температуру почвы. Если использование материала с низким содержанием МДМТ нецелесообразно с экономической точки зрения, инженер и владелец должны принять необходимые меры для предотвращения воздействия низких температур на трубопровод во время строительства.Например, горячий воздух можно вдувать в трубопровод при очень низкой температуре во время строительства.

Допуск на коррозию (CA). CA влияет на стоимость трубопровода. Его следует тщательно выбирать с учетом коррозионного характера обслуживания и возможности возникновения эрозии в системе. Иногда владелец игнорирует CA, потому что служба не вызывала коррозии, исходя из предыдущего опыта работы владельца. Примером является нефтепровод для продажи, в котором нет ни воды, ни коррозионных агентов, таких как сероводород.

Однако CA — это не просто поправка на коррозионную агрессивность службы. Коррозия — сложное явление, которое может возникать на трубопроводе снаружи по многим причинам, например, к повреждению покрытия во время строительства; плохая катодная защита; коррозия трубопровода, примыкающего к высоковольтному воздушному силовому кабелю; или эрозия в районе рядом с газокомпрессорной станцией, где давление газа падает, а скорость газа увеличивается. Автор рекомендует учитывать минимальный CA 1,5 мм.

Например, в 30-дюйм.нефтепродуктопровод, построенный из материала трубопровода марки 483, расчетная толщина без СА 9,31 мм; с CA толщина 12,7 мм. При длине 4 км экономия затрат составляет примерно от 300 до 400 миллионов долларов. Однако остается вопрос: если разлив происходит из-за коррозии, кто должен покрывать расходы? Необходимо учитывать влияние вероятного загрязнения окружающей среды, а также возможное воздействие на здоровье человека и животных. Перед принятием решения необходимо сравнить затраты на разлив нефти со стоимостью игнорирования CA трубопровода.

Материал. Тип материала, используемого в строительстве, оказывает значительное влияние на толщину трубопровода. Толщина имеет обратную зависимость от указанного минимального предела текучести (SMYS). Следовательно, если SMYS увеличивается, толщина уменьшается. Однако стоимость доставки трубы может возрасти, а сварка высокопрочного материала может стать более сложной и дорогой по мере увеличения SMYS. Таблица 2 показывает влияние выбора различных материалов на толщину и стоимость трубы для двух труб диаметром 16 дюймов., Трубы, указанные в спецификации CSA Z245.1, с такими же расчетными условиями.

Определение класса местонахождения. Согласно стандарту B31.8 Американского общества инженеров-механиков (ASME), ^{3 Класс местоположения} — это географическая область вдоль трубопровода, которая классифицируется в зависимости от количества и близости зданий, предназначенных для проживания людей, и других характеристик. Эти характеристики учитываются при выборе проектных факторов для строительства, рабочих давлений и методов испытаний трубопроводов и магистралей, расположенных в данном районе.

Класс местоположения — мера защиты. По мере увеличения плотности и количества людей, прилегающих к трубопроводу, возрастает вероятность травм и материального ущерба. Следовательно, определение местоположения класса является одним из ключевых шагов при проектировании трубопровода.

Класс местоположения обычно определяется владельцем или консультантом, ответственным за подготовку геодезического чертежа. Инженер должен внимательно изучить чертеж обследования, выполнить обследование, чтобы понять все пересечения и примыкания к трубопроводу, а затем выбрать класс местоположения.

Например, для пересечения ручья или реки класс местоположения 1 иногда рассматривается, когда предполагается, что вокруг ручья или реки нет людей. Однако автор считает, что для такого перехода следует рассматривать как минимум класс 2. Автор также предлагает маркировать класс местоположения на каждом сегменте чертежей трассы трубопровода.

Эффект прироста населения. Рост населения вызывает изменения в расположении класса, что требует либо установки новой трубы с большей толщиной стенки, либо снижения максимального рабочего давления существующего трубопровода, чтобы соответствовать обновленному местоположению класса.

Например, если трубопровод спроектирован в месте, которое классифицируется как класс 1 из-за количества зданий в конкретный год, и через 10 лет количество зданий достигает 46 или более (что потребует класса 3 классификации), то либо существующая труба должна быть заменена трубой с большей толщиной стенки, либо рабочее давление необходимо будет значительно снизить. Этот тип риска рассматривается на этапе проектирования и обсуждается с владельцем.

Расчетный коэффициент (F). F отличается в каждом коде и является основным фактором, ограничивающим расчетное давление. В ASME B31.8 расчетный коэффициент зависит от класса местоположения. Однако в CSA Z 662 расчетный коэффициент постоянен и равен 0,80. В прошлом коэффициент проектирования CSA был аналогичен ASME B31.8 в том смысле, что он зависел от местоположения класса или зоны. После 1994 года расчетный коэффициент был изменен на 0,80, а коэффициент местоположения был добавлен в расчетную формулу CSA.

Расположение класса как в ASME B31.8, так и в CSA Z662 аналогично. В формулу входит площадь, которая простирается на 220 ярдов по обе стороны от средней линии любой непрерывной линии
длиной 1 милю (, рис. 1, ). Эта область определяет, где существующая труба должна быть заменена трубой с большей толщиной стенки, или где рабочее давление необходимо будет значительно снизить, если местоположение класса изменится. Этот риск учитывается на этапе проектирования и обсуждается с владельцем.

Рис. 1. Область класса расположения трубопровода показывает, где необходимо заменить существующую трубу.

Расположение классов используется для определения расчетных пределов безопасности в ASME B31.8 и факторов местоположения в CSA Z662. Они основаны на плотности населения. В ASME B31.8 и CSA Z662 определены четыре различных класса местоположения. Однако класс 1 ASME B31.8 делится на два разных подразделения.Раздел 1 включает местоположения с F> 0,72 и F <0,80. Раздел 2 включает коэффициенты местоположения, равные или меньшие 0,72.

В формуле толщины факторы конструкции и расположения имеют обратную зависимость от толщины. После определения расположения класса можно проводить расчеты толщины. Для интерпретации требований кодекса необходимы экспертная инженерная оценка и предыдущий опыт.

Наземный или подземный трубопровод. Наземные трубопроводы, также называемые выкидными линиями, включают в себя линии пара, воды и газа, используемые в проектах гравитационного дренажа с помощью пара, и это лишь несколько типов.Толщина трубопровода AG может быть меньше толщины заглубленного трубопровода для тех же расчетных условий и рассчитана на основе тех же применимых норм и стандартов.

Толщина стенки трубопровода

AG рассчитывается только на основе кольцевого напряжения, но для подземного трубопровода с взаимодействием грунта и трубы максимальное комбинированное напряжение (т.е. кольцевое напряжение — долготное напряжение) должно быть меньше 0,9 × SMYS × расчетная температура. ²

Метод гибки, материал и конечная толщина. Толщина стенки изгиба рассчитывается вместе с толщиной прямогонной трубы для определения окончательной толщины стенки трубы. Расчетная формула для прямой трубы применима к изгибам. Однако изгиб может привести к утонению стенки трубы, поэтому экономически целесообразно учитывать одинаковую толщину как для изгибаемой, так и для прямой трубы.

Метод гибки (т.е. холодная гибка, горячая гибка и индукционная гибка) является важным компонентом при расчете утонения стенки гибки. Если для изгибов трубопровода требуется большая толщина, чем для прямых участков трубы, и увеличивать толщину прямой трубы до толщины изгиба неэкономично, инженер должен стараться избегать использования переходников на обоих концах изгибов.Изготовитель гибки может легко сузить концы гиба, чтобы они соответствовали профилю концов трубы.

Например, предположим, что для трубопровода требуется 100 индукционных колен. Если инженер считает, что переходные элементы на концах изгибов соответствуют фаске трубы, то к трубопроводу следует добавить 200 переходных элементов, причем для каждого изгиба требуется два переходных элемента. Стоимость одного 30-дюймового переходного элемента Grade 483 размером 12,7 мм × 9,51 мм может достигать 10 000 долларов США; однако, если они изготовлены как фитинг, то эту стоимость можно снизить, если изгибы будут отлиты из материнской трубы, поставляемой владельцем.

Механические свойства изгиба могут быть изменены путем изгиба; поэтому иногда следует учитывать более высокую толщину стенки прямой трубы. Для холодных и индукционных гибов инженер должен уточнить у изготовителя труб минимальную толщину трубы, необходимую для гибов. Инженер должен учитывать одинаковую толщину для прямых труб и изгибов как можно чаще с экономической и практической точки зрения.

Метод перехода. Вдоль трассы трубопровода могут проходить различные типы переходов (например,г., железные и автомобильные дороги, ручьи или реки и т. д.). Методы пересечения трубопровода включают в себя насыпь, проходку, горизонтально-направленное бурение (ГНБ) или другой тип бестраншейной технологии.

Открытая траншея (прямое заглубление) является предпочтительным методом прокладки труб. Трубу можно пропустить через трубу с уплотнительной муфтой или установить ниже (например, на глубину, в два раза превышающую нормальную, с большей толщиной). Метод открытой траншеи создает значительные помехи, особенно в городских районах, и может оказаться невозможным из-за сложных грунтовых условий, существующих подземных коммуникаций и сооружений, уязвимости окружающей среды и / или наличия пересечений рек, железных дорог или автомагистралей.

Бестраншейные технологии, такие как ГНБ, могут использоваться вместо открытых траншей. Для переходов ГНБ инженер должен проконсультироваться с подрядчиком по ГНБ относительно минимальной необходимой толщины трубы. Автор рекомендует минимальную толщину класса 2 для переходов через ручей / реку, чтобы снизить риск утечки и разлива.

Стальной трубопровод, пересекающий железные и автомобильные дороги. Инженер должен проверить и подтвердить, что железнодорожные и автомобильные переходы соответствуют минимальным требованиям и расчетам, изложенным в спецификации 1102 Американского института нефти (API 1102).Для расчетов требуются проектные условия, геотехническая информация и информация о почве.

Плавучесть трубопровода. Трубопроводы будут «всплывать» на поверхность, когда вес трубы и содержимого плюс сопротивление, обеспечиваемое засыпкой, будут меньше выталкивающей силы, действующей на трубопровод.

Если вода присутствует в траншее во время строительства или эксплуатации, возможно, пустая труба будет плавать. Плавучесть трубопровода зависит от веса трубы, веса объема воды, вытесняемой трубой, веса жидкой нагрузки, переносимой трубой, и веса засыпки.Выбирая подходящую толщину трубы, инженер также может контролировать плавучесть трубы.

Проектирование трубопровода в Маскеге. Мускаги — это органические почвы с высоким уровнем грунтовых вод, низкой прочностью на сдвиг и низкой плотностью. Трубопровод в маскеге можно смоделировать как равномерно нагруженную неразрезную балку. Пределы максимального напряжения изгиба не должны превышаться. По мере увеличения расстояния между приборами контроля плавучести напряжение изгиба трубы также увеличивается. Исследование Маскега для сбора дополнительной информации следует проводить на этапе детального проектирования.Инженер должен подтвердить толщину трубопровода и МДМТ в районе Маскег.

Изгиб трубопровода при морозном пучке и подъёме трубопровода. Когда поверхность почвы замерзает, в порах между частицами образуется лед, часто в виде дискретных линз. Из-за физической природы воды только часть воды замерзает, когда температура опускается ниже точки замерзания. Часть воды остается незамерзшей при гораздо более низких температурах. Эта оставшаяся вода мигрирует в незамерзшей почве к фронтам промерзания и продолжает двигаться в частично промерзшую почву.Если поверхность почвы может двигаться, она вздымается из-за силы расширения воды при замерзании. Эта сила обычно достаточно велика, чтобы поднять или сместить тяжелый фундамент.

Потеря устойчивости иногда возникает в подземных трубопроводах с продольным ограничением. Движущей силой сдвигов является продольная сила, создаваемая текучей средой, протекающей внутри трубопровода. Эта сила почти всегда всеобъемлющая. Продольное изгибание начинается в области с чрезмерным изгибом (выпуклостью вверх) вертикальных кривых на трассе трубопровода.Если вес трубопровода и сопротивление подъему крышки глубины недостаточно велики, чтобы удерживать трубопровод на месте, то во время работы трубопровода он будет двигаться вверх.

Природный газ, топливный газ, ШФЛУ или любой другой низкотемпературный трубопровод обычно работает при температуре ниже температуры окружающей среды из-за охлаждающего эффекта Джоуля – Томсона. Эта низкая рабочая температура может снизить температуру почвы вокруг трубопровода и вызвать замерзание воды и вздыбить почву вокруг трубопровода.

Минимально допустимая толщина. Коды и стандарты или спецификации владельца могут иметь минимально допустимую толщину. Инженер должен учитывать минимально допустимую толщину, если она больше расчетной.

Транспортировка и хранение. Инженер должен подтвердить у поставщика, что толщина трубопровода подходит для транспортировки и хранения с учетом внешнего диаметра и длины трубопровода. Предпочтительно использовать трубопровод тройной длины, чтобы свести к минимуму сварочные и строительные работы на стройплощадке.Однако, если толщина не будет выбрана тщательно, то труба может быть повреждена при транспортировке и хранении. Усталостное растрескивание может произойти во время транспортировки труб, особенно на морском или железнодорожном транспорте. Усталость при транспортировке может возникнуть в результате сосредоточенного напряжения из-за контакта с болтами, заклепками, несущими полосами, сварными швами на других трубах и т. Д.

Лайнер. Автор рекомендует минимальный допуск на коррозию для трубопровода с внутренним покрытием или футеровкой (например, для труб с кислой, солоноватой водой, сточными водами и т. Д.)) из-за риска повреждения лайнера или покрытия. Толщина футеровки или покрытия не должна учитываться при расчетах прочности трубы. Инженер должен проконсультироваться с подрядчиком по облицовке относительно минимального значения радиуса изгиба.

Гидростатические испытания. Расчетная толщина должна соответствовать условиям гидростатических испытаний, основанных на применимой кодовой формуле.

Рекомендации. Инженер должен быть знаком с различными причинами отказа трубопровода и работать над уменьшением или переносом этих рисков во время проектирования и расчетов толщины.При расчете и выборе толщины стенки необходимо учитывать многие факторы, а не только стоимость или минимальные требования, установленные в формуле для определения толщины стенки.

В некоторых случаях толщина стенки может угрожать целостности трубопровода. Расчет и выбор толщины стенок трубопровода являются ключевыми моментами на этапе детального проектирования проектов трубопроводов. Даже небольшая ошибка при выборе толщины стенки трубопровода может отрицательно повлиять на способность трубопровода выдерживать давление и соответствовать установленным стандартам и условиям проектирования. GP

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

¹ Директива 56 Канадского совета по сохранению энергоресурсов, «Приложения и графики развития энергетики», 2011 г.

² Канадская ассоциация стандартов Z662, «Нефтегазовая трубопроводная система», 2012 г.

³ Американское общество инженеров-механиков B31.8, «Системы трубопроводов для передачи и распределения газа», 2014 г.

No related posts.