Toplotnotehnični izračun stavbe: posebnosti in formule za izvedbo izračunov + praktični primeri

Med obratovanjem stavbe sta tako pregrevanje kot zmrzovanje nezaželena.Izračuni toplotne tehnike, ki niso nič manj pomembni kot izračun učinkovitosti, trdnosti, požarne odpornosti in vzdržljivosti, vam bodo omogočili določitev zlate sredine.

Na podlagi standardov toplotne tehnike, podnebnih značilnosti, prepustnosti pare in vlage so izbrani materiali za gradnjo ograjenih konstrukcij. Kako izvesti ta izračun, bomo pogledali v članku.

Namen toplotnotehničnega izračuna

Veliko je odvisno od toplotnotehničnih lastnosti stalnih ograj stavbe. To vključuje vlažnost konstrukcijskih elementov in kazalnike temperature, ki vplivajo na prisotnost ali odsotnost kondenzacije na notranjih predelnih stenah in stropih.

Izračun bo pokazal, ali se bodo ohranile stabilne lastnosti temperature in vlažnosti pri plus in minus temperaturah. Seznam teh značilnosti vključuje tudi tak indikator, kot je količina toplote, ki jo ovoj zgradbe izgubi v hladnem obdobju.

Brez vseh teh podatkov ne morete začeti načrtovati. Na njihovi podlagi se izberejo debelina sten in stropov ter zaporedje slojev.

V skladu s predpisi GOST 30494-96 so vrednosti temperature v zaprtih prostorih. V povprečju je 21⁰. Hkrati mora relativna vlažnost ostati v udobnem območju, ki je v povprečju 37%. Največja hitrost gibanja zračnih mas je 0,15 m/s

Izračun toplotne tehnike je namenjen določitvi:

1. Ali izvedbe ustrezajo navedenim zahtevam glede toplotne zaščite?
2. Kako v celoti je zagotovljena udobna mikroklima v stavbi?
3. Ali je zagotovljena optimalna toplotna zaščita konstrukcij?

Glavno načelo je ohranjanje ravnovesja razlike v temperaturnih indikatorjih ozračja notranjih struktur ograj in prostorov. Če tega ne upoštevate, bodo te površine absorbirale toploto in notranja temperatura bo ostala zelo nizka.

Spremembe toplotnega toka ne smejo bistveno vplivati ​​na notranjo temperaturo. Ta lastnost se imenuje toplotna odpornost.

Z izvedbo toplotnega izračuna se določijo optimalne meje (minimalne in maksimalne) dimenzij debelin sten in stropov. To zagotavlja dolgotrajno delovanje stavbe, tako brez ekstremnega zmrzovanja konstrukcij kot tudi pregrevanja.

Možnosti za izvajanje izračunov

Za izračun toplote potrebujete začetne parametre.

Odvisne so od številnih značilnosti:

1. Namen zgradbe in njena vrsta.
2. Orientacije navpičnih ograjnih konstrukcij glede na kardinalne smeri.
3. Geografski parametri bodočega doma.
4. Prostornina stavbe, njeno število nadstropij, površina.
5. Vrste in dimenzije vratnih in okenskih odprtin.
6. Vrsta ogrevanja in njegovi tehnični parametri.
7. Število stalnih prebivalcev.
8. Materiali za vertikalne in horizontalne ograjne konstrukcije.
9. Zgornji stropi.
10. Oprema za oskrbo s toplo vodo.
11. Vrsta prezračevanja.

Pri izračunu se upoštevajo tudi druge konstrukcijske značilnosti konstrukcije. Zračna prepustnost ograjenih konstrukcij ne sme prispevati k prekomernemu hlajenju znotraj hiše in zmanjšati lastnosti toplotne zaščite elementov.

Toplotne izgube povzroča tudi zamakanje sten, poleg tega pa to potegne za seboj vlago, ki negativno vpliva na trajnost objekta.

V postopku izračuna se najprej določijo toplotnotehnični podatki gradbenih materialov, iz katerih so izdelani ograjeni elementi stavbe. Poleg tega je treba določiti zmanjšano odpornost na prenos toplote in skladnost z njeno standardno vrednostjo.

Formule za izdelavo izračunov

Toplotne izgube iz hiše lahko razdelimo na dva glavna dela: izgube skozi ovoj stavbe in izgube, ki jih povzroča delovanje stavbe. prezračevalni sistem. Poleg tega se pri odvajanju tople vode v kanalizacijski sistem izgublja toplota.

Izgube skozi ovoje stavb

Za materiale, iz katerih so izdelane ograjene konstrukcije, je treba najti vrednost indeksa toplotne prevodnosti Kt (W/m x stopinja). So v ustreznih referenčnih knjigah.

Zdaj, če poznamo debelino plasti, po formuli: R = S/Kt, izračunajte toplotno upornost vsake enote. Če je struktura večplastna, se vse dobljene vrednosti seštejejo.

Velikost toplotnih izgub najlažje določimo tako, da seštejemo toplotne tokove skozi ograjene konstrukcije, ki dejansko tvorijo to zgradbo.

Vodeni po tej metodologiji, upoštevajo dejstvo, da imajo materiali, ki sestavljajo strukturo, drugačno strukturo. Upošteva se tudi, da ima toplotni tok, ki poteka skozi njih, različne posebnosti.

Za vsako posamezno strukturo se toplotna izguba določi po formuli:

Q = (A / R) x dT

Tukaj:

• A je površina v m².
• R je odpornost konstrukcije na prenos toplote.
• dT je temperaturna razlika med zunanjo in notranjo.Določiti ga je treba za najhladnejše 5-dnevno obdobje.

Če izvedete izračun na ta način, lahko dobite rezultat samo za najhladnejše petdnevno obdobje. Skupna toplotna izguba za celotno hladno sezono se določi z upoštevanjem parametra dT, pri čemer se ne upošteva najnižja temperatura, ampak povprečna.

Obseg absorbcije toplote in prenos toplote sta odvisna od vlažnosti podnebja v regiji. Zaradi tega se pri izračunih uporabljajo zemljevidi vlažnosti.

Nato se izračuna količina energije, ki je potrebna za kompenzacijo toplotnih izgub, izgubljenih skozi ovoj stavbe in skozi prezračevanje. Označena je s simbolom W.

Za to obstaja formula:

Š = ((Q + Qв) x 24 x N)/1000

V njem je N trajanje ogrevalne dobe v dnevih.

Slabosti izračuna površine

Izračun na podlagi indikatorja površine ni zelo natančen. Tu se ne upoštevajo parametri, kot so podnebje, temperaturni indikatorji, tako najmanjši kot največji, in vlažnost. Zaradi zanemarjanja številnih pomembnih točk ima izračun pomembne napake.

Pogosto jih poskuša pokriti, projekt vključuje "rezervo".

Če je kljub temu izbrana ta metoda za izračun, je treba upoštevati naslednje nianse:

1. Če je višina navpičnih ograj do tri metre in na eni površini ni več kot dve odprtini, je bolje rezultat pomnožiti s 100 W.
2. Če projekt vključuje balkon, dve okni ali ložo, pomnožite s povprečno 125 W.
3. Kadar so prostori industrijski ali skladiščni, se uporablja množitelj 150 W.
4. Če so radiatorji nameščeni v bližini oken, se njihova konstrukcijska zmogljivost poveča za 25%.

Formula za površino je:

Q=S x 100 (150) W.

Tukaj je Q raven ugodne toplote v stavbi, S je ogrevana površina v m². Številke 100 ali 150 so specifične količine toplotne energije, porabljene za ogrevanje 1 m².

Izgube pri prezračevanju hiše

Ključni parameter v tem primeru je stopnja izmenjave zraka. Pod pogojem, da so stene hiše paroprepustne, je ta vrednost enaka ena.

Prodor hladnega zraka v hišo se izvaja skozi dovodno prezračevanje. Izpušno prezračevanje pomaga pri uhajanju toplega zraka. Rekuperator-prenosnik toplote zmanjšuje izgube s prezračevanjem. Ne dopušča uhajanja toplote skupaj z odhajajočim zrakom in segreva vhodne zračne tokove.

Predvideno je, da bo zrak v stavbi popolnoma obnovljen v eni uri. Objekti, grajeni po standardu DIN, imajo stene s parno zaporo, zato je tukaj menjalni faktor dva.

Obstaja formula, ki določa izgubo toplote skozi prezračevalni sistem:

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

Tu simboli pomenijo naslednje:

1. Qв - toplotne izgube.
2. V je prostornina prostora v mᶾ.
3. P je gostota zraka. njegova vrednost je enaka 1,2047 kg/mᶾ.
4. Kv - stopnja izmenjave zraka.
5. C je specifična toplotna kapaciteta. Je enaka 1005 J/kg x C.

Na podlagi rezultatov tega izračuna je mogoče določiti moč generatorja toplote ogrevalnega sistema. Če je vrednost moči previsoka, je lahko rešitev situacije prezračevalna naprava z rekuperatorjem. Oglejmo si nekaj primerov za hiše iz različnih materialov.

Primer toplotnotehničnega izračuna št. 1

Izračunajmo stanovanjsko stavbo, ki se nahaja v podnebnem območju 1 (Rusija), podokrožje 1B. Vsi podatki so vzeti iz tabele 1 SNiP 23-01-99. Najnižja temperatura, opažena v petih dneh z verjetnostjo 0,92, je tн = -22⁰С.

V skladu s SNiP ogrevalno obdobje (zop) traja 148 dni. Povprečna temperatura v ogrevalnem obdobju s povprečno dnevno temperaturo zunanjega zraka je 8⁰ - tot = -2,3⁰. Zunanja temperatura v kurilni sezoni je tht = -4,4⁰.

Toplotne izgube hiše so najpomembnejša točka v fazi načrtovanja. Izbira gradbenih materialov in izolacije je odvisna od rezultatov izračuna. Ničelnih izgub ni, vendar si morate prizadevati, da so čim bolj smotrne

Pogoj je bil, da mora biti temperatura v prostorih hiše 22⁰. Hiša je dvoetažna in ima zidove debeline 0,5 m, višina 7 m, tlorisne dimenzije 10 x 10 m, material vertikalnih ograjnih konstrukcij je topla keramika. Zanj je koeficient toplotne prevodnosti 0,16 W/m x C.

Kot zunanja izolacija je bila uporabljena mineralna volna debeline 5 cm. Vrednost Kt zanj je 0,04 W/m x C. Število okenskih odprtin v hiši je 15 kosov. 2,5 m² vsaka.

Izguba toplote skozi stene

Najprej morate določiti toplotno odpornost tako keramične stene kot izolacije. V prvem primeru je R1 = 0,5: 0,16 = 3,125 kvadratnih metrov. m x C/Š. V drugem - R2 = 0,05: 0,04 = 1,25 kvadratnih metrov. m x C/Š. Na splošno za navpični ovoj stavbe: R = R1 + R2 = 3,125 + 1,25 = 4,375 m2. m x C/Š.

Ker so toplotne izgube neposredno sorazmerne s površino ograjenih konstrukcij, izračunamo površino sten:

A = 10 x 4 x 7 – 15 x 2,5 = 242,5 m²

Zdaj lahko določite toplotne izgube skozi stene:

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

Na podoben način se izračunajo toplotne izgube skozi vodoravne ograjene konstrukcije. Na koncu se seštejejo vsi rezultati.

Če je klet, bo izguba toplote skozi temelj in tla manjša, saj izračun vključuje temperaturo tal in ne zunanjega zraka.

Če je klet pod tlemi prvega nadstropja ogrevana, tal ni treba izolirati. Stene kleti je še vedno bolje obložiti z izolacijo, da toplota ne uhaja v zemljo.

Določanje izgub pri prezračevanju

Za poenostavitev izračuna ne upoštevajo debeline sten, ampak preprosto določijo prostornino zraka v notranjosti:

V = 10x10x7 = 700 mᶾ.

Pri stopnji izmenjave zraka Kv = 2 bodo toplotne izgube:

Qв = (700 x 2) : 3600) x 1,2047 x 1005 x (22 – (-22)) = 20.776 W.

Če je Kv = 1:

Qв = (700 x 1) : 3600) x 1,2047 x 1005 x (22 – (-22)) = 10.358 W.

Rotacijski in ploščni izmenjevalniki toplote zagotavljajo učinkovito prezračevanje stanovanjskih zgradb. Učinkovitost prvega je višja, doseže 90%.

Primer toplotnotehničnega izračuna št. 2

Potrebno je izračunati izgube skozi opečni zid debeline 51 cm, ki je izoliran z 10 cm slojem mineralne volne. Zunaj - 18⁰, znotraj - 22⁰. Dimenzije stene so 2,7 m višine in 4 m dolžine. Edina zunanja stena prostora je orientirana na jug, zunanjih vrat ni.

Za opeko je koeficient toplotne prevodnosti Kt = 0,58 W/mºC, za mineralno volno - 0,04 W/mºC. Toplotna odpornost:

R1 = 0,51: 0,58 = 0,879 kvadratnih metrov. m x C/Š. R2 = 0,1: 0,04 = 2,5 kvadratnih metrov. m x C/Š. Na splošno za navpični ovoj zgradbe: R = R1 + R2 = 0,879 + 2,5 = 3,379 m2. m x C/Š.

Površina zunanje stene A = 2,7 x 4 = 10,8 m²

Izguba toplote skozi steno:

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

Za izračun izgub skozi okna se uporablja ista formula, vendar je njihova toplotna odpornost praviloma navedena v potnem listu in je ni treba izračunati.

Pri toplotni izolaciji hiše so okna »šibki člen«. Skozi njih se izgubi precej velik delež toplote. Večslojna okna z dvojno zasteklitvijo, toplotno odbojne folije, dvojni okvirji bodo zmanjšali izgube, vendar tudi to ne bo pomagalo popolnoma preprečiti izgube toplote

Če ima hiša energijsko varčna okna dimenzij 1,5 x 1,5 m², usmerjena proti severu in je toplotni upor 0,87 m2°C/W, bodo izgube:

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

Primer toplotnotehničnega izračuna št. 3

Opravimo toplotni izračun lesene brunarice s fasado, zgrajeno iz borovih brun v sloju debeline 0,22 m Koeficient za ta material je K = 0,15. V tem primeru bodo toplotne izgube:

R = 0,22 : 0,15 = 1,47 m² x ⁰С/W.

Najnižja temperatura petdnevnega obdobja je -18⁰, za udobje v hiši je temperatura nastavljena na 21⁰. Razlika bo 39⁰. Na podlagi površine 120 m² bo rezultat:

Qс = 120 x 39: 1,47 = 3184 W.

Za primerjavo določimo izgube zidane hiše. Koeficient za apneno opeko je 0,72.

R = 0,22 : 0,72 = 0,306 m² x ⁰С/W.
Qс = 120 x 39: 0,306 = 15,294 W.

Pod enakimi pogoji je lesena hiša bolj ekonomična. Apneno-peščena opeka tukaj sploh ni primerna za gradnjo sten.

Lesena konstrukcija ima visoko toplotno kapaciteto. Njegove ograjene strukture dolgo časa ohranjajo udobno temperaturo. Kljub temu je treba tudi leseno hišo izolirati in bolje je to narediti znotraj in zunaj

Gradbeniki in arhitekti priporočajo, da to vsekakor storite toplotni izračun za ogrevalno instalacijo za pravilno izbiro opreme in v fazi načrtovanja hiše za izbiro ustreznega izolacijskega sistema.

Primer izračuna toplote št. 4

Hiša bo zgrajena v moskovski regiji. Za izračun je bila vzeta stena iz penastih blokov. Kako se uporablja izolacija ekstrudirana polistirenska pena. Zaključna obdelava konstrukcije je dvostranski omet. Njegova struktura je apnenčasto-peščena.

Ekspandirani polistiren ima gostoto 24 kg/mᶾ.

Relativna vlažnost zraka v prostoru je 55% pri povprečni temperaturi 20⁰. Debelina sloja:

• omet - 0,01 m;
• penasti beton - 0,2 m;
• ekspandiran polistiren - 0,065 m.

Naloga je najti zahtevani in dejanski upor prenosa toplote. Zahtevani Rtr se določi z zamenjavo vrednosti v izrazu:

Rtr=a x GSOP+b

kjer je GOSP stopinjski dan ogrevalne sezone, a in b sta koeficienta, vzeta iz tabele št. 3 Kodeksa pravil 50.13330.2012. Ker je stavba stanovanjska, je a 0,00035, b = 1,4.

GSOP se izračuna po formuli, vzeti iz istega SP:

GOSP = (tv – tot) x zot.

V tej formuli je tв = 20⁰, tоt = -2,2⁰, zоt - 205 je ogrevalna doba v dnevih. Zato:

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

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

Z uporabo tabele št. 2 SP50.13330.2012 določite koeficiente toplotne prevodnosti za vsako plast stene:

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

Skupni pogojni upor na prenos toplote Ro je enak vsoti uporov vseh plasti. Izračuna se po formuli:

Ta formula je vzeta iz SP 50.13330.2012. Tu je 1/av odpornost proti zaznavanju toplote notranjih površin. 1/an - enako kot zunanji, δ / λ - toplotna odpornost plasti

Če zamenjamo vrednosti, dobimo: Rо arb. = 2,54 m2°C/W. Rf se določi tako, da se Ro pomnoži s koeficientom r, ki je enak 0,9:

Rf = 2,54 x 0,9 = 2,3 m2 x °C/W.

Rezultat zahteva spremembo zasnove ograjenega elementa, saj je dejanska toplotna upornost manjša od izračunane.

Obstaja veliko računalniških storitev, ki pohitrijo in poenostavijo izračune.

Toplotni izračuni so neposredno povezani z določitvijo rosišče. Kaj je to in kako najti njegov pomen, boste izvedeli iz članka, ki ga priporočamo.

Zaključki in uporaben video na to temo

Izvedba toplotnotehničnih izračunov s spletnim kalkulatorjem:

Pravilen toplotnotehnični izračun:

Pristojni termotehnični izračun vam bo omogočil, da ocenite učinkovitost izolacije zunanjih elementov hiše in določite moč potrebne ogrevalne opreme.

Posledično lahko prihranite denar pri nakupu materiala in ogrevalnih naprav. Bolje je vnaprej vedeti, ali je oprema kos ogrevanju in klimatizaciji stavbe, kot pa vse kupiti naključno.

Pustite komentarje, postavite vprašanja in objavite fotografije, povezane s temo članka, v spodnjem bloku. Povejte nam, kako vam je toplotnotehnični izračun pomagal pri izbiri ogrevalne opreme potrebne moči ali izolacijskega sistema. Možno je, da bodo vaši podatki koristni za obiskovalce spletnega mesta.