Obliczenia termotechniczne budynku: specyfika i wzory do wykonywania obliczeń + przykłady praktyczne

W trakcie eksploatacji budynku zarówno przegrzanie, jak i zamarznięcie są niepożądane.Obliczenia termotechniczne, które są nie mniej ważne niż obliczenie wydajności, wytrzymałości, odporności ogniowej i trwałości, pozwolą określić złoty środek.

W oparciu o standardy inżynierii cieplnej, charakterystykę klimatyczną, przepuszczalność pary i wilgoci dobierane są materiały do ​​​​budowy konstrukcji otaczających. W artykule przyjrzymy się, jak wykonać to obliczenie.

Cel obliczeń termotechnicznych

Wiele zależy od właściwości termicznych stałych osłon budynku. Obejmuje to wilgotność elementów konstrukcyjnych i wskaźniki temperatury, które wpływają na obecność lub brak kondensacji na wewnętrznych przegrodach i sufitach.

Obliczenia pokażą, czy stabilna charakterystyka temperatury i wilgotności zostanie utrzymana w temperaturach dodatnich i ujemnych. Lista tych cech obejmuje również taki wskaźnik, jak ilość ciepła utraconego przez przegrodę budynku w okresie zimnym.

Nie można rozpocząć projektowania bez posiadania wszystkich tych danych. Na ich podstawie dobierana jest grubość ścian i stropów oraz kolejność warstw.

Według przepisów GOST 30494-96 wartości temperatury w pomieszczeniu. Średnio jest to 21⁰. Jednocześnie wilgotność względna musi utrzymywać się w komfortowym zakresie, który wynosi średnio 37%. Największa prędkość ruchu mas powietrza wynosi 0,15 m/s

Obliczenia termotechniczne mają na celu określenie:

1. Czy projekty są identyczne z podanymi wymaganiami w zakresie ochrony termicznej?
2. Jak w pełni zapewniony jest komfortowy mikroklimat wewnątrz budynku?
3. Czy zapewniona jest optymalna ochrona termiczna konstrukcji?

Główną zasadą jest utrzymanie równowagi różnicy wskaźników temperatury atmosfery wewnętrznych konstrukcji ogrodzeń i pomieszczeń. Jeśli nie będzie to przestrzegane, ciepło będzie pochłaniane przez te powierzchnie, a temperatura wewnątrz pozostanie bardzo niska.

Zmiany przepływu ciepła nie powinny znacząco wpływać na temperaturę wewnętrzną. Ta cecha nazywa się odpornością na ciepło.

Wykonując obliczenia termiczne, określa się optymalne granice (minimalne i maksymalne) wymiarów ścian i grubości sufitów. Gwarantuje to eksploatację budynku przez długi czas, zarówno bez skrajnego zamarznięcia konstrukcji, jak i przegrzania.

Opcje wykonywania obliczeń

Aby wykonać obliczenia ciepła, potrzebne są parametry początkowe.

Zależą od wielu cech:

1. Przeznaczenie budynku i jego rodzaj.
2. Orientacje pionowych konstrukcji otaczających względem kierunków kardynalnych.
3. Parametry geograficzne przyszłego domu.
4. Kubatura budynku, liczba kondygnacji, powierzchnia.
5. Rodzaje i wymiary otworów drzwiowych i okiennych.
6. Rodzaj ogrzewania i jego parametry techniczne.
7. Liczba stałych mieszkańców.
8. Materiały na konstrukcje ogrodzeń pionowych i poziomych.
9. Sufity na piętrze.
10. Urządzenia do dostarczania ciepłej wody.
11. Rodzaj wentylacji.

Przy obliczeniach brane są również pod uwagę inne cechy konstrukcyjne konstrukcji. Przepuszczalność powietrza otaczających konstrukcji nie powinna przyczyniać się do nadmiernego wychłodzenia wnętrza domu i zmniejszać właściwości ochrony termicznej elementów.

Straty ciepła spowodowane są także zawilgoceniem ścian, co dodatkowo wiąże się z zawilgoceniem, co negatywnie wpływa na trwałość budynku.

W procesie obliczeniowym określa się przede wszystkim dane termotechniczne materiałów budowlanych, z których wykonane są elementy obudowy budynku. Dodatkowo określa się obniżony opór przenikania ciepła oraz zgodność z jego wartością normatywną.

Wzory do wykonywania obliczeń

Straty ciepła z domu można podzielić na dwie główne części: straty przez przegrodę zewnętrzną budynku i straty spowodowane eksploatacją budynku. system wentylacji. Ponadto straty ciepła powstają podczas odprowadzania ciepłej wody do kanalizacji.

Straty przez przegrody budowlane

Dla materiałów, z których zbudowane są otaczające konstrukcje, należy znaleźć wartość wskaźnika przewodności cieplnej Kt (W/m x stopień). Znajdują się one w odpowiednich podręcznikach.

Teraz znając grubość warstw, zgodnie ze wzorem: R = S/Kt, oblicz opór cieplny każdej jednostki. Jeśli struktura jest wielowarstwowa, wszystkie uzyskane wartości są sumowane.

Najłatwiejszym sposobem określenia wielkości strat ciepła jest zsumowanie przepływów ciepła przez otaczające konstrukcje, które faktycznie tworzą ten budynek

Kierując się tą metodologią, biorą pod uwagę fakt, że materiały tworzące konstrukcję mają inną strukturę. Bierze się również pod uwagę, że przepływający przez nie strumień ciepła ma różną specyfikę.

Dla każdej indywidualnej konstrukcji straty ciepła określa się według wzoru:

Q = (A/R) x dT

Tutaj:

• A to powierzchnia w m².
• R jest oporem konstrukcji na przenoszenie ciepła.
• dT to różnica temperatur pomiędzy zewnętrzną i wewnętrzną temperaturą.Należy go określić dla najzimniejszego okresu 5 dni.

Wykonując obliczenia w ten sposób, możesz uzyskać wynik tylko dla najzimniejszego okresu pięciu dni. Całkowitą utratę ciepła dla całej pory zimnej określa się biorąc pod uwagę parametr dT, biorąc pod uwagę nie temperaturę najniższą, ale średnią.

Stopień absorpcji i wymiany ciepła zależy od wilgotności klimatu panującego w danym regionie. Z tego powodu w obliczeniach wykorzystuje się mapy wilgotności.

Następnie obliczana jest ilość energii potrzebna do skompensowania strat ciepła traconych zarówno przez przegrodę budynku, jak i przez wentylację. Jest ona oznaczona symbolem W.

Jest na to wzór:

Szer. = ((Q + Qв) x 24 x N)/1000

W nim N jest czasem trwania okresu grzewczego w dniach.

Wady obliczania powierzchni

Obliczenia na podstawie wskaźnika powierzchni nie są zbyt dokładne. Tutaj nie są brane pod uwagę takie parametry, jak klimat, wskaźniki temperatury, zarówno minimalne, jak i maksymalne, oraz wilgotność. Z powodu zignorowania wielu ważnych punktów obliczenia obarczone są znacznymi błędami.

Często próbując je pokryć, projekt zawiera „rezerwę”.

Jeśli jednak do obliczeń zostanie wybrana ta metoda, należy wziąć pod uwagę następujące niuanse:

1. Jeśli wysokość ogrodzeń pionowych wynosi do trzech metrów, a na jednej powierzchni znajdują się nie więcej niż dwa otwory, wynik lepiej pomnożyć przez 100 W.
2. Jeśli w projekcie przewidziano balkon, dwa okna lub loggię, pomnóż moc przez średnio 125 W.
3. Gdy lokal ma charakter przemysłowy lub magazynowy stosuje się mnożnik 150 W.
4. Jeśli grzejniki znajdują się w pobliżu okien, ich wydajność projektowa wzrasta o 25%.

Wzór na pole to:

Q=S x 100 (150) szer.

Tutaj Q to komfortowy poziom ciepła w budynku, S to ogrzewana powierzchnia w m². Liczby 100 lub 150 oznaczają konkretną ilość energii cieplnej zużytej do ogrzania 1 m².

Straty wentylacyjne w domu

Kluczowym parametrem jest w tym przypadku kurs wymiany powietrza. Pod warunkiem, że ściany domu są paroprzepuszczalne, wartość ta jest równa jedności.

Wnikanie zimnego powietrza do domu odbywa się poprzez wentylację nawiewną. Wentylacja wyciągowa pomaga w ucieczce ciepłego powietrza. Rekuperator-wymiennik ciepła ogranicza straty poprzez wentylację. Nie pozwala na ucieczkę ciepła wraz z powietrzem wychodzącym, a podgrzewa napływające strumienie powietrza

Przewiduje się, że powietrze wewnątrz budynku zostanie całkowicie odnowione w ciągu godziny. Budynki budowane według normy DIN mają ściany z paroizolacją, więc tutaj współczynnik wymiany powietrza przyjmuje się jako dwa.

Istnieje wzór określający utratę ciepła przez system wentylacyjny:

Qv = (V x Kv: 3600) x P x C x dT

Tutaj symbole mają następujące znaczenie:

1. Qв - utrata ciepła.
2. V to objętość pomieszczenia w mᶾ.
3. P to gęstość powietrza. przyjmuje się, że jego wartość wynosi 1,2047 kg/mᶾ.
4. Kv - kurs wymiany powietrza.
5. C to ciepło właściwe. Jest ono równe 1005 J/kg x C.

Na podstawie wyników tych obliczeń można określić moc generatora ciepła systemu grzewczego. Jeśli wartość mocy jest zbyt wysoka, rozwiązaniem może być rozwiązanie sytuacji urządzenie wentylacyjne z rekuperatorem. Przyjrzyjmy się kilku przykładom domów wykonanych z różnych materiałów.

Przykład obliczeń termotechnicznych nr 1

Obliczmy budynek mieszkalny położony w regionie klimatycznym 1 (Rosja), podokręgu 1B. Wszystkie dane pochodzą z tabeli 1 SNiP 23-01-99. Najniższa temperatura zaobserwowana w ciągu pięciu dni z prawdopodobieństwem 0,92 to tн = -22⁰С.

Zgodnie z SNiP okres grzewczy (zop) trwa 148 dni. Średnia temperatura w okresie grzewczym przy średniej dobowej temperaturze powietrza na zewnątrz wynosi 8⁰ - tot = -2,3⁰. Temperatura zewnętrzna w sezonie grzewczym wynosi tht = -4,4⁰.

Straty ciepła w domu są najważniejszym punktem na etapie projektowania. Wybór materiałów budowlanych i izolacji zależy od wyników obliczeń. Nie ma strat zerowych, ale trzeba starać się, aby były one jak najbardziej celowe

Postawiono warunek, że temperatura w pomieszczeniach domu powinna wynosić 22⁰. Dom ma dwie kondygnacje i ściany o grubości 0,5 m. Jego wysokość wynosi 7 m, wymiary w rzucie 10 x 10 m. Materiałem pionowych konstrukcji otaczających jest ciepła ceramika. Dla niego współczynnik przewodzenia ciepła wynosi 0,16 W/m x C.

Jako izolację zewnętrzną zastosowano wełnę mineralną o grubości 5 cm. Wartość Kt dla niego wynosi 0,04 W/m x C. Liczba otworów okiennych w domu wynosi 15 szt. 2,5 m² każdy.

Straty ciepła przez ściany

Przede wszystkim należy określić opór cieplny zarówno ściany ceramicznej, jak i izolacji. W pierwszym przypadku R1 = 0,5: 0,16 = 3,125 mkw. m x C/W. W drugim - R2 = 0,05: 0,04 = 1,25 mkw. m x C/W. Ogólnie rzecz biorąc, dla pionowej przegrody budynku: R = R1 + R2 = 3,125 + 1,25 = 4,375 mkw. m x C/W.

Ponieważ utrata ciepła jest wprost proporcjonalna do powierzchni otaczających konstrukcji, obliczamy powierzchnię ścian:

A = 10 x 4 x 7 – 15 x 2,5 = 242,5 m²

Teraz możesz określić straty ciepła przez ściany:

Qс = (242,5: 4,375) x (22 – (-22)) = 2438,9 W.

Straty ciepła przez poziome konstrukcje otaczające oblicza się w podobny sposób. Na koniec wszystkie wyniki są sumowane.

Jeśli jest piwnica, straty ciepła przez fundament i podłogę będą mniejsze, ponieważ obliczenia uwzględniają temperaturę gleby, a nie powietrza zewnętrznego

Jeśli piwnica pod podłogą pierwszego piętra jest ogrzewana, podłoga nie wymaga izolacji. Nadal lepiej jest wyłożyć ściany piwnicy izolacją, aby ciepło nie uciekało do gruntu.

Oznaczanie strat poprzez wentylację

Aby uprościć obliczenia, nie biorą pod uwagę grubości ścian, ale po prostu określają objętość powietrza w środku:

V = 10x10x7 = 700 mᶾ.

Przy współczynniku wymiany powietrza Kv = 2 straty ciepła będą wynosić:

Qв = (700 x 2): 3600) x 1,2047 x 1005 x (22 – (-22)) = 20776 W.

Jeżeli Kv = 1:

Qв = (700 x 1): 3600) x 1,2047 x 1005 x (22 – (-22)) = 10358 W.

Obrotowe i płytowe wymienniki ciepła zapewniają skuteczną wentylację budynków mieszkalnych. Wydajność tego pierwszego jest wyższa, sięga 90%.

Przykład obliczeń termotechnicznych nr 2

Straty należy obliczyć przez ścianę ceglaną o grubości 51 cm, ocieploną warstwą wełny mineralnej o grubości 10 cm. Na zewnątrz - 18⁰, wewnątrz - 22⁰. Wymiary ściany to 2,7 m wysokości i 4 m długości. Jedyna zewnętrzna ściana pomieszczenia skierowana jest na południe, nie ma tam drzwi zewnętrznych.

Dla cegły współczynnik przewodzenia ciepła Kt = 0,58 W/m°C, dla wełny mineralnej – 0,04 W/m°C. Odporność termiczna:

R1 = 0,51: 0,58 = 0,879 mkw. m x C/W. R2 = 0,1: 0,04 = 2,5 m2 m x C/W. Ogólnie rzecz biorąc, dla pionowej przegrody budynku: R = R1 + R2 = 0,879 + 2,5 = 3,379 mkw. m x C/W.

Powierzchnia ściany zewnętrznej A = 2,7 x 4 = 10,8 m²

Straty ciepła przez ścianę:

Qс = (10,8: 3,379) x (22 – (-18)) = 127,9 W.

Aby obliczyć straty przez okna, stosuje się ten sam wzór, ale ich opór cieplny z reguły jest wskazany w paszporcie i nie trzeba go obliczać.

W termoizolacji domu okna są „słabym ogniwem”. Traci się przez nie dość duża część ciepła. Wielowarstwowe okna z podwójnymi szybami, folie odbijające ciepło, podwójne ramy zmniejszą straty, ale nawet to nie pomoże całkowicie uniknąć utraty ciepła

Jeżeli dom posiada okna energooszczędne o wymiarach 1,5 x 1,5 m² skierowane na północ, a opór cieplny wynosi 0,87 m2°C/W, to straty będą wynosić:

Q® = (2,25: 0,87) x (22 – (-18)) = 103,4 t.

Przykład obliczeń termotechnicznych nr 3

Wykonajmy obliczenia termiczne budynku z bali drewnianych z elewacją z bali sosnowych o grubości warstwy 0,22 m. Współczynnik dla tego materiału wynosi K = 0,15. W tej sytuacji straty ciepła będą wynosić:

R = 0,22: 0,15 = 1,47 m² x ⁰С/W.

Najniższa temperatura pięciodniowego okresu wynosi -18⁰, dla komfortu w domu temperatura jest ustawiona na 21⁰. Różnica wyniesie 39⁰. W oparciu o powierzchnię 120 m² wynik będzie następujący:

Qс = 120 x 39: 1,47 = 3184 W.

Dla porównania określmy straty domu murowanego. Współczynnik dla cegły silikatowej wynosi 0,72.

R = 0,22: 0,72 = 0,306 m² x ⁰С/W.
Qс = 120 x 39: 0,306 = 15294 W.

W tych samych warunkach dom drewniany jest bardziej ekonomiczny. Cegła piaskowo-wapienna w ogóle nie nadaje się tutaj do budowy ścian.

Drewniana konstrukcja ma wysoką pojemność cieplną. Jego otaczające konstrukcje utrzymują komfortową temperaturę przez długi czas. Mimo to nawet dom z bali wymaga izolacji i lepiej to zrobić zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz

Konstruktorzy i architekci zdecydowanie to zalecają obliczenia ciepła dla instalacji grzewczej na właściwy dobór wyposażenia oraz na etapie projektowania domu na dobór odpowiedniego systemu ociepleń.

Przykład obliczenia ciepła nr 4

Dom zostanie zbudowany w regionie moskiewskim. Do obliczeń przyjęto ścianę z bloków piankowych. Sposób stosowania izolacji ekstrudowana pianka polistyrenowa. Wykończenie konstrukcji stanowi obustronny tynk. Jego struktura jest wapieniowo-piaskowa.

Styropian ma gęstość 24 kg/mᶾ.

Wilgotność względna powietrza w pomieszczeniu wynosi 55% przy średniej temperaturze 20⁰. Grubość warstwy:

• tynk - 0,01 m;
• pianka betonowa - 0,2 m;
• styropian ekspandowany - 0,065 m.

Zadanie polega na wyznaczeniu wymaganego i rzeczywistego oporu przenikania ciepła. Wymagany Rtr określa się poprzez podstawienie wartości w wyrażeniu:

Rtr=a x GSOP+b

gdzie GOSP to stopieńodniowy sezonu grzewczego, aib to współczynniki wzięte z tabeli nr 3 Kodeksu Przepisów 50.13330.2012. Ponieważ budynek ma charakter mieszkalny, a wynosi 0,00035, b = 1,4.

GSOP jest obliczany przy użyciu wzoru zaczerpniętego z tego samego SP:

GOSP = (tv – tot) x zot.

W tym wzorze tв = 20⁰, tоt = -2,2⁰, zоt - 205 to okres grzewczy w dniach. Stąd:

GSOP = (20 – (-2,2)) x 205 = 4551⁰ C x dzień;

Rtr = 0,00035 x 4551 + 1,4 = 2,99 m2 x C/W.

Korzystając z tabeli nr 2 SP50.13330.2012 określić współczynniki przewodzenia ciepła dla każdej warstwy ściany:

• λb1 = 0,81 W/m ⁰С;
• λb2 = 0,26 W/m ⁰С;
• λb3 = 0,041 W/m ⁰С;
• λb4 = 0,81 W/m ⁰С.

Całkowity warunkowy opór przenoszenia ciepła Ro jest równy sumie rezystancji wszystkich warstw. Oblicza się go za pomocą wzoru:

Wzór ten pochodzi z SP 50.13330.2012. Tutaj 1/av to opór cieplny powierzchni wewnętrznych. 1/an - jak zewnętrzny, δ / λ - opór cieplny warstwy

Podstawiając wartości otrzymamy: R® arb. = 2,54 m2°C/W. Rф wyznacza się poprzez pomnożenie Ro przez współczynnik r równy 0,9:

Rf = 2,54 x 0,9 = 2,3 m2 x °C/W.

Wynik wymaga zmiany konstrukcji elementu otaczającego, ponieważ rzeczywisty opór cieplny jest mniejszy niż obliczony.

Istnieje wiele usług komputerowych, które przyspieszają i upraszczają obliczenia.

Obliczenia termiczne są bezpośrednio związane z wyznaczaniem punkt rosy. Z polecanego przez nas artykułu dowiesz się, co to jest i jak znaleźć jego znaczenie.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Wykonywanie obliczeń termotechnicznych za pomocą kalkulatora online:

Prawidłowe obliczenia termotechniczne:

Właściwe obliczenia termotechniczne pozwolą ocenić skuteczność izolacji zewnętrznych elementów domu i określić moc niezbędnego sprzętu grzewczego.

Dzięki temu możesz zaoszczędzić pieniądze przy zakupie materiałów i urządzeń grzewczych. Lepiej wiedzieć wcześniej, czy sprzęt poradzi sobie z ogrzewaniem i klimatyzacją budynku, niż kupować wszystko na chybił trafił.

Prosimy o pozostawianie komentarzy, zadawanie pytań i zamieszczanie zdjęć związanych z tematem artykułu w bloku poniżej. Opowiedz nam, jak obliczenia termotechniczne pomogły Ci w wyborze urządzeń grzewczych o wymaganej mocy lub systemie izolacji. Możliwe, że Twoje informacje będą przydatne dla osób odwiedzających witrynę.