Càlcul termotècnic d’un edifici: especificitats i fórmules per realitzar càlculs + exemples pràctics

Durant el funcionament de l’edifici, tant el sobreescalfament com la congelació no són desitjables. Determinar el terreny mitjà permetrà el càlcul d’enginyeria tèrmica, que no és menys important que el càlcul de la rendibilitat, la resistència, la resistència al foc, la durabilitat.

A partir d’estàndards d’enginyeria tèrmica, característiques climàtiques, vapor i permeabilitat a la humitat, es realitza l’elecció dels materials per a la construcció d’estructures tancants. Com realitzar aquest càlcul, considerem a l’article.

El propòsit del càlcul d’enginyeria tèrmica

Molt depèn de les característiques tèrmiques de la tanca de l’edifici. Es tracta de la humitat dels elements estructurals i dels indicadors de temperatura que afecten la presència o absència de condensats en els envans i sostres interiors.

El càlcul mostrarà si es mantenen les característiques de temperatura i humitat estables a les temperatures més i menys. La llista d’aquestes característiques també inclou un indicador com la quantitat de calor perduda per l’embolcall de l’edifici en el període fred.

No podeu començar a dissenyar sense tenir totes aquestes dades. A partir d’ells, trieu el gruix de les parets i els sòls, la seqüència de capes.

D’acord amb la normativa de valors GOST 30494-96 al seu interior. De mitjana, és de 21 º. Al mateix temps, la humitat relativa ha de romandre en un marc còmode, cosa que suposa una mitjana del 37%. La velocitat més alta del moviment de massa d’aire: 0,15 m / s

El càlcul d’enginyeria tèrmica pretén determinar:

1. Els dissenys són idèntics als requisits indicats en matèria de protecció tèrmica?
2. El còmode microclima dins de l’edifici està tan garantit?
3. Es garanteix una protecció tèrmica òptima de les estructures?

El principi principal és mantenir un equilibri entre la diferència d’indicadors de temperatura de l’atmosfera de les estructures internes de tanques i habitacions. Si no s’observa, aquestes superfícies absorbeixen calor i a l’interior la temperatura romandrà molt baixa.

Els canvis en el flux de calor no han d’afectar significativament la temperatura interna.Aquesta característica s’anomena resistència a la calor.

Mitjançant un càlcul tèrmic, es determinen els límits òptims (mínims i màxims) de les dimensions de les parets i pisos en gruix. Això és una garantia de funcionament de l'edifici durant un llarg període, tant sense congelació extrema d'estructures ni sobreescalfament.

Paràmetres per realitzar càlculs

Per realitzar el càlcul de calor, necessiteu els paràmetres inicials.

Depenen de diverses característiques:

1. Destinació de l’edifici i tipus d’aquest.
2. Orientacions dels sobres verticals de l’edificació en relació amb l’orientació cap als punts cardinals.
3. Els paràmetres geogràfics de la futura llar.
4. El volum de l'edifici, el nombre de pisos, la superfície.
5. Tipus i dades dimensionals de les obertures de portes i finestres.
6. Tipus de calefacció i els seus paràmetres tècnics.
7. El nombre de residents permanents.
8. Material d’estructures de tancament verticals i horitzontals.
9. Solapada la planta superior.
10. Equipat amb aigua calenta.
11. Tipus de ventilació.

En el càlcul es tenen en compte altres característiques estructurals de l'estructura. La permeabilitat a l’aire dels sobres de l’edifici no ha de contribuir a la refrigeració excessiva a l’interior de la casa i reduir les característiques d’aparell tèrmic dels elements.

La pèrdua de calor provoca i el sanejament de les parets i, a més, això comporta humitat, afectant negativament la durabilitat de l’edifici.

En el procés de càlcul es determinen, en primer lloc, les dades d’enginyeria tèrmica dels materials de construcció, a partir dels quals es fa el sobre de l’edifici. A més, la resistència reduïda de transferència de calor i la conformitat amb el seu valor normatiu estan subjectes a determinació.

Fórmules per calcular

Les fuites de calor perdudes per la casa es poden dividir en dues parts principals: les pèrdues per sobre de l’edifici i les pèrdues causades pel funcionament sistema de ventilació. A més, es perd calor quan es descarrega aigua tèbia al clavegueram.

Pèrdues a través de sobres de l’edifici

Per als materials que formen les estructures de tancament, cal trobar el valor de l’índex de conductivitat tèrmica Kt (W / m x grau). Es troben als directoris rellevants.

Ara, coneixent el gruix de les capes, segons la fórmula: R = S / CTcalcula la resistència tèrmica de cada unitat. Si el disseny és multicapa, se sumen tots els valors obtinguts.

Les dimensions de la pèrdua de calor es determinen amb més facilitat afegint els fluxos de calor a través de les estructures tancants que formen aquest edifici

Guiats per aquesta tècnica, tingueu en compte el moment que els materials que formen l’estructura tenen una estructura diferent. També es té en compte que el flux de calor que els travessa té diferents especificitats.

Per a cada disseny individual, la pèrdua de calor es determina mitjançant la fórmula:

Q = (A / R) x dT

Aquí:

• A - àrea en m².
• R és la resistència de disseny a la transferència de calor.
• dT és la diferència de temperatura entre l'exterior i l'interior. Ha de determinar-se durant el període més fred de 5 dies.

Fent el càlcul d'aquesta manera, només podeu obtenir el resultat per al període de cinc dies més fred. La pèrdua de calor total de tota la temporada de fred es determina tenint en compte el paràmetre dT, tenint en compte la temperatura, no la més baixa, sinó la mitjana.

El grau en què s'absorbeix la calor i la transferència de calor depèn de la humitat climàtica de la regió. Per això, en els càlculs s’utilitzen mapes d’humitat.

A continuació, calculeu la quantitat d’energia necessària per compensar la pèrdua de calor que ha passat tant per l’embolcall de l’edifici com per la ventilació. Està indicat per W.

Hi ha una fórmula per a això:

W = ((Q + QB) x 24 x N) / 1000

N hi és la durada del període de calefacció en dies.

Els desavantatges del càlcul de la zona

El càlcul basat en l’indicador d’àrea no és gaire exacte. Aquí, no es té en compte un paràmetre com el clima, els indicadors de temperatura, tant mínims com màxims, d’humitat. A causa d'ignorar molts punts importants, el càlcul té errors importants.

Sovint es tracta de bloquejar-los, el projecte preveu "estoc".

Si, tot i així, heu triat aquest mètode per al càlcul, heu de tenir en compte els matisos següents:

1. Amb una alçada de tanques verticals de fins a tres metres i la presència de no més de dues obertures en una sola superfície, el resultat és millor multiplicar per 100 watts.
2. Si el projecte té un balcó, es multipliquen dues finestres o un loggia per una mitjana de 125 watts.
3. Quan els locals són industrials o de magatzem, s’utilitza un multiplicador de 150 W.
4. Si els radiadors es troben a prop de finestres, la seva capacitat de disseny augmentarà un 25%.

La fórmula d'àrea és:

Q = S x 100 (150) W

Aquí Q és un nivell de calor còmode a l’edifici, S és la zona amb calefacció en m². Números 100 o 150: la quantitat específica d’energia tèrmica gastada per escalfar 1 m².

Pèrdues per ventilació de la llar

El paràmetre clau en aquest cas és el tipus de canvi aeri. Sempre que les parets de la casa siguin permeables al vapor, aquest valor és igual a la unitat.

La penetració d'aire fred a la casa es realitza mitjançant ventilació de subministrament. La ventilació d’escapament contribueix a la sortida d’aire càlid. Redueix les pèrdues mitjançant la ventilació de l’intercanviador de calor. No permet escapar calor juntament amb l’aire d’escapament, i escalfa els fluxos entrants

Preveu una actualització completa de l'aire dins de l'edifici en una hora. Els edificis construïts segons la norma DIN tenen parets amb barrera de vapor, per tant, la taxa de canvi d'aire és de dos.

Hi ha una fórmula mitjançant la qual es determina la pèrdua de calor mitjançant un sistema de ventilació:

Qw = (V x Qu: 3600) x P x C x dT

Aquí, els símbols indiquen el següent:

1. Qв: pèrdua de calor.
2. V és el volum de l’habitació en mᶾ.
3. P és la densitat de l’aire. el seu valor és igual a 1.2047 kg / mᶾ.
4. Kv - la taxa de canvi d’aire.
5. C és la calor específica. És igual a 1005 J / kg x C.

A partir dels resultats d’aquest càlcul, és possible determinar la potència del generador de calor del sistema de calefacció. Si el valor de potència és massa elevat, la situació pot convertir-se en una sortida. unitat de ventilació amb recuperador. Vegem alguns exemples de cases fetes amb materials diferents.

Un exemple de càlcul d’enginyeria tèrmica núm. 1

Calculem un edifici residencial situat a 1 regió climàtica (Rússia), subzona 1B. Totes les dades es prenen de la taula 1 del SNiP 23-01-99. La temperatura més freda es va observar durant cinc dies amb una seguretat de 0,92 - tn = -22⁰⁰.

D'acord amb SNiP, el període de calefacció (zop) dura 148 dies. La temperatura mitjana durant el període de calefacció amb índexs de temperatura mitjana diària de l'aire al carrer és de 8 º - tot = -2,3 ⁰. La temperatura exterior durant la temporada de calefacció és tht = -4,4⁰.

La pèrdua de calor a casa és el moment més important a la fase de disseny. L'elecció dels materials de construcció i l'aïllament depèn dels resultats del càlcul. No hi ha pèrdues zero, però procureu que siguin el més convenients possibles.

La condició està estipulada a la temperatura de 22 дома a les habitacions de la casa. La casa té dos pisos i parets amb un gruix de 0,5 m. La seva alçada és de 7 m, les dimensions del pla són 10 x 10 m. El material de la paret vertical és de ceràmica càlida. Per això, el coeficient de conductivitat tèrmica és de 0,16 W / m x C.

La llana mineral s’utilitzava com a aïllament extern de 5 cm de gruix. El valor de TC per a ella és de 0,04 W / m x C. El nombre d'obertures de la casa és de 15 peces. 2,5 m² cadascun.

Pèrdua de calor a través de parets

En primer lloc, cal determinar la resistència tèrmica tant de la paret ceràmica com de l’aïllament. En el primer cas, R1 = 0,5: 0,16 = 3,125 sq. mx C / W En el segon, R2 = 0,05: 0,04 = 1,25 sq. mx C / W En general, per a un sobre de l’edifici vertical: R = R1 + R2 = 3.125 + 1.25 = 4.375 sq. mx C / W

Com que la pèrdua de calor té una relació directament proporcional amb l’àrea de l’embolcall de l’edifici, calculem l’àrea de les parets:

A = 10 x 4 x 7 - 15 x 2,5 = 242,5 m²

Ara podeu determinar la pèrdua de calor a les parets:

Qc = (242,5: 4,375) x (22 - (-22)) = 2438,9 W

Les pèrdues de calor mitjançant parets horitzontals es calculen de la mateixa manera. Com a resultat, es resumeixen tots els resultats.

Si hi ha un soterrani, la pèrdua de calor a través del fonament i del sòl serà menor, ja que la temperatura del sòl, i no de l’aire exterior, està implicada en el càlcul

Si el soterrani situat al terra del primer pis s’escalfa, el sòl no es pot aïllar.Les parets del soterrani encara es revesteixen millor amb aïllament perquè la calor no entri a terra.

Determinació de pèrdues per ventilació

Per simplificar el càlcul, no tingueu en compte el gruix de les parets, sinó simplement determineu el volum d’aire que hi ha a l’interior:

V = 10х10х7 = 700 mᶾ.

Amb una multiplicitat d'intercanvi d'aire Kv = 2, la pèrdua de calor serà:

Qw = (700 x 2): 3600) x 1,2047 x 1005 x (22 - (-22)) = 20 776 W

Si Kv = 1:

Qw = (700 x 1): 3600) x 1,2047 x 1005 x (22 - (-22)) = 10 358 W

Els recuperadors rotatius i de plaques els proporciona una ventilació efectiva dels edificis residencials. L’eficiència de la primera és més gran, arriba al 90%.

Un exemple de càlcul d’enginyeria tèrmica núm. 2

Cal calcular pèrdues mitjançant un mur de maó de 51 cm de gruix, aïllat amb una capa de llana mineral de 10 cm. A fora - 18⁰, a dins - 22⁰. Les dimensions de la paret són 2,7 m d'alçada i 4 m de longitud. L’única paret externa de la sala està orientada al sud, no hi ha portes externes.

Per al maó, el coeficient de conductivitat tèrmica Kt = 0,58 W / m º C, per a la llana mineral - 0,04 W / m º C. Resistència tèrmica:

R1 = 0,51: 0,58 = 0,879 sq. mx C / W R2 = 0,1: 0,04 = 2,5 sq. mx C / W En general, per a un sobre de l’edifici vertical: R = R1 + R2 = 0,879 + 2,5 = 3,379 metres quadrats. mx C / W

Superfície exterior A = 2,7 x 4 = 10,8 m²

Pèrdua de calor a la paret:

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

Per calcular les pèrdues mitjançant finestres, s’utilitza la mateixa fórmula, però la seva resistència tèrmica s’indica normalment al passaport i no cal calcular-la.

A l'aïllament tèrmic d'una casa, les finestres són un "enllaç feble". Hi passa una fracció força gran de la calor. Finestres de doble vidre multicapa, pel·lícules que reflecteixen la calor, els enquadrats dobles reduiran les pèrdues, però fins i tot això no permetrà evitar pèrdues de calor per complet

Si les finestres de la casa de 1,5 x 1,5 m² tenen un estalvi energètic orientat al nord i la resistència tèrmica és de 0,87 m2 ° C / W, les pèrdues seran:

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

Un exemple de càlcul d’enginyeria tèrmica núm. 3

Realitzarem un càlcul tèrmic d’un edifici de troncs de fusta amb una façana erigida a partir de troncs de pi amb un gruix de 0,22 m. El coeficient d’aquest material és K = 0,15. En aquesta situació, la pèrdua de calor serà de:

R = 0,22: 0,15 = 1,47 m² x ⁰C / W.

La temperatura més baixa de cinc dies és de -18 º, perquè la comoditat a la casa és de 21 º. La diferència és 39⁰. Si procedim d’una superfície de 120 m², obtenim el resultat:

Qc = 120 x 39: 1,47 = 3184 W

Per comparació, determinem la pèrdua d’una casa de maó. El coeficient de maó de silicat és de 0,72.

R = 0,22: 0,72 = 0,306 m² x ⁰C / W.
Qs = 120 x 39: 0,306 = 15.294 vats.

En les mateixes condicions, una casa de fusta resulta més econòmica. El maó de silicat per a parets no és adequat en absolut.

L’estructura de fusta té una gran capacitat de calor. Les seves estructures tancants mantenen una temperatura còmoda durant molt de temps. No obstant això, fins i tot una casa de troncs ha d’estar aïllada i és millor fer-ho tant per dins com per fora

Els constructors i els arquitectes recomanen fer-ho consum de calor durant la calefacció per a la selecció competent d’equips i en l’etapa de disseny de la casa per seleccionar el sistema d’aïllament adequat.

Exemple de càlcul de calor núm. 4

La casa serà construïda a la regió de Moscou. Per al càlcul es va agafar una paret creada a partir de blocs d’escuma. Com s'aplica l'aïllament escuma de poliestirè extruït. Acabat l'estructura - guix a banda i banda. La seva estructura és calcària i sorrenca.

La poliestirè expandit té una densitat de 24 kg / mᶾ.

La humitat relativa de l’aire a l’habitació és del 55% a una temperatura mitjana de 20 ºC. Gruix de la capa:

• guix - 0,01 m;
• formigó escuma - 0,2 m;
• escuma de poliestirè - 0,065 m.

La tasca és trobar la resistència de transferència de calor necessària i la real. El Rtr necessari es determina substituint els valors de l’expressió:

Rtr = a x GSOP + b

on GOSP és el dia de grau de la temporada de calefacció, i a i b són els coeficients extrets de la taula núm. 3 del Codi de regles 50.13330.2012. Com que l’edifici és residencial, a és 0,00035, b = 1,4.

El GSOP es calcula mitjançant la fórmula presa del mateix SP:

GOSP = (tv - tot) x zot.

En aquesta fórmula, tv = 20⁰, tf = -2.2⁰, zf - 205 - el període de calefacció en dies. Per tant:

GSOP = (20 - (-2,2)) x 205 = 4551⁰ С x dia .;

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

Utilitzant la taula núm. 2 SP50.13330.2012, determineu la conductivitat tèrmica de cada capa de la paret:

• λb1 = 0,81 W / m ⁰⁰;
• λb2 = 0,26 W / m ⁰⁰;
• λb3 = 0,041 W / m ⁰⁰;
• λb4 = 0,81 W / m ⁰С.

La resistència condicional total a la transferència de calor Ro, igual a la suma de les resistències de totes les capes. Calculeu-lo mitjançant la fórmula:

Aquesta fórmula està presa a partir del SP 50.13330.2012.Aquí la 1 / av és la contracció a la percepció de calor de les superfícies internes. 1 / es - la mateixa resistència externa, δ / λ - resistència tèrmica

Substituint els valors rebuts: = 2,54 m2 ° C / W Rf es determina multiplicant Ro per un coeficient r igual a 0,9:

Rf = 2,54 x 0,9 = 2,3 m2 x ° C / W.

El resultat obliga a canviar el disseny de l’element de tancament, ja que la resistència tèrmica real és inferior a la calculada.

Hi ha molts serveis informàtics que acceleren i simplifiquen els càlculs.

Els càlculs d’enginyeria tèrmica estan directament relacionats amb la definició de punt de rosada. Aprendreu què és i com podeu trobar el seu valor a partir de l’article que us recomanem.

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

Realització d'un càlcul d'enginyeria tèrmica mitjançant una calculadora en línia:

El càlcul correcte de l’enginyeria tèrmica:

Un càlcul d’enginyeria tèrmica competent us permetrà avaluar l’eficàcia de l’aïllament dels elements externs de la casa, per determinar la potència dels equips de calefacció necessaris.

Com a resultat, podeu estalviar en la compra de materials i aparells de calefacció. És millor saber amb antelació si l’equip pot gestionar la calefacció i el condicionament de l’edifici que comprar-ho tot a l’atzar.

Deixeu comentaris, feu preguntes, publiqueu una foto sobre el tema de l'article al bloc següent. Expliqueu-nos com el càlcul d’enginyeria tèrmica us va ajudar a triar els equips de calefacció de la potència necessària o del sistema d’aïllament. És possible que la vostra informació sigui útil per als visitants del lloc.