Cálculo termotécnico de un edificio: especificaciones y fórmulas para realizar cálculos + ejemplos prácticos

Durante el funcionamiento del edificio, tanto el sobrecalentamiento como la congelación son indeseables. Determinar el término medio permitirá el cálculo de ingeniería térmica, que no es menos importante que el cálculo de rentabilidad, resistencia, resistencia al fuego, durabilidad.

Sobre la base de los estándares de ingeniería térmica, las características climáticas, la permeabilidad al vapor y la humedad, se lleva a cabo la elección de los materiales para la construcción de estructuras de cerramiento. Cómo realizar este cálculo, lo consideramos en el artículo.

El propósito del cálculo de ingeniería de calor.

Mucho depende de las características térmicas de la cerca capital del edificio. Esta es la humedad de los elementos estructurales y los indicadores de temperatura que afectan la presencia o ausencia de condensado en los tabiques y techos interiores.

El cálculo mostrará si las características estables de temperatura y humedad se mantienen a temperaturas positivas y negativas. La lista de estas características también incluye un indicador como la cantidad de calor perdido por la envoltura del edificio en el período frío.

No puede comenzar a diseñar sin tener todos estos datos. En función de ellos, elija el grosor de las paredes y los pisos, la secuencia de capas.

De acuerdo con las regulaciones de GOST 30494-96 valores de temperatura en el interior. En promedio, es 21⁰. Al mismo tiempo, la humedad relativa debe permanecer en un marco cómodo, y esto es un promedio de 37%. La velocidad más alta del movimiento de masa de aire: 0,15 m / s

El cálculo de ingeniería de calor tiene como objetivo determinar:

1. ¿Los diseños son idénticos a los requisitos establecidos en términos de protección térmica?
2. ¿El microclima confortable dentro del edificio está tan asegurado?
3. ¿Se garantiza la protección térmica óptima de las estructuras?

El principio principal es mantener un equilibrio de la diferencia en los indicadores de temperatura de la atmósfera de las estructuras internas de cercas y habitaciones. Si no se observa, estas superficies absorberán calor y, dentro de la temperatura, permanecerán muy bajas.

Los cambios en el flujo de calor no deberían afectar significativamente la temperatura interna.Esta característica se llama resistencia al calor.

Al realizar un cálculo térmico, se determinan los límites óptimos (mínimo y máximo) de las dimensiones de espesor de las paredes y pisos. Esta es una garantía de operación del edificio durante un largo período, tanto sin congelación extrema de estructuras como sobrecalentamiento.

Parámetros para realizar cálculos

Para realizar el cálculo de calor, necesita los parámetros iniciales.

Dependen de una serie de características:

1. Destino del edificio y su tipo.
2. Orientaciones de envolventes verticales de edificios en relación con la orientación a los puntos cardinales.
3. Los parámetros geográficos del futuro hogar.
4. El volumen del edificio, su número de pisos, área.
5. Tipos y datos dimensionales de puertas, aberturas de ventanas.
6. Tipo de calefacción y sus parámetros técnicos.
7. El número de residentes permanentes.
8. Material de cerramiento vertical y horizontal.
9. Superposición del piso superior.
10. Equipado con agua caliente.
11. Tipo de ventilación.

Otras características estructurales de la estructura se tienen en cuenta en el cálculo. La permeabilidad al aire de los sobres de los edificios no debe contribuir a un enfriamiento excesivo dentro de la casa y reducir las características de protección térmica de los elementos.

La pérdida de calor provoca el encharcamiento de las paredes y, además, esto conduce a la humedad, lo que afecta negativamente la durabilidad del edificio.

En el proceso de cálculo, en primer lugar, se determinan los datos de ingeniería térmica de los materiales de construcción, a partir de los cuales se hace la envolvente del edificio. Además, la resistencia reducida a la transferencia de calor y la conformidad con su valor normativo están sujetas a determinación.

Fórmulas para calcular

Las fugas de calor perdidas por la casa se pueden dividir en dos partes principales: pérdidas a través de envolventes de edificios y pérdidas causadas por el funcionamiento. sistema de ventilación. Además, el calor se pierde cuando se descarga agua tibia en el sistema de alcantarillado.

Pérdidas por la construcción de sobres

Para los materiales que componen las estructuras de cerramiento, es necesario encontrar el valor del índice de conductividad térmica Kt (W / m x grado). Están en los directorios relevantes.

Ahora, conociendo el grosor de las capas, de acuerdo con la fórmula: R = S / CTCalcule la resistencia térmica de cada unidad. Si el diseño es multicapa, se suman todos los valores obtenidos.

Las dimensiones de la pérdida de calor se determinan más fácilmente agregando los flujos de calor a través de las estructuras de cerramiento que realmente forman este edificio.

Guiados por esta técnica, tenga en cuenta el momento en que los materiales que componen la estructura tienen una estructura diferente. También se tiene en cuenta que el flujo de calor que pasa a través de ellos tiene diferentes detalles.

Para cada diseño individual, la pérdida de calor está determinada por la fórmula:

Q = (A / R) x dT

Aquí:

• A - área en m².
• R es la resistencia de la estructura de transferencia de calor.
• dT es la diferencia de temperatura entre el exterior y el interior. Debe determinarse para el período más frío de 5 días.

Realizando el cálculo de esta manera, puede obtener el resultado solo para el período de cinco días más frío. La pérdida de calor total para toda la temporada de frío se determina teniendo en cuenta el parámetro dT, teniendo en cuenta la temperatura, no la más baja, sino la media.

El grado en que se absorbe el calor, así como la transferencia de calor, depende de la humedad del clima en la región. Por esta razón, los mapas de humedad se utilizan en los cálculos.

Luego, calcule la cantidad de energía necesaria para compensar la pérdida de calor que ha pasado tanto por la envolvente del edificio como por la ventilación. Está indicado por W.

Hay una fórmula para esto:

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

En ella, N es la duración del período de calentamiento en días.

Las desventajas de calcular el área

El cálculo basado en el indicador de área no es muy preciso. Aquí, un parámetro como el clima, los indicadores de temperatura, mínimo y máximo, humedad, no se tienen en cuenta. Debido a ignorar muchos puntos importantes, el cálculo tiene errores significativos.

A menudo tratando de bloquearlos, el proyecto proporciona "stock".

Sin embargo, si elige este método para el cálculo, debe tener en cuenta los siguientes matices:

1. Con una altura de cercas verticales de hasta tres metros y la presencia de no más de dos aberturas en una superficie, el resultado es mejor multiplicar por 100 vatios.
2. Si el proyecto tiene un balcón, dos ventanas o una logia se multiplican por un promedio de 125 vatios.
3. Cuando las instalaciones son industriales o de almacén, se utiliza un multiplicador de 150W.
4. Si los radiadores están ubicados cerca de ventanas, su capacidad de diseño aumenta en un 25%.

La fórmula del área es:

Q = S x 100 (150) W.

Aquí Q es un nivel confortable de calor en el edificio, S es el área con calefacción en m². Números 100 o 150: la cantidad específica de energía térmica gastada para calentar 1 m².

Pérdidas por ventilación doméstica.

El parámetro clave en este caso es el tipo de cambio de aire. Siempre que las paredes de la casa sean permeables al vapor, este valor es igual a la unidad.

La penetración de aire frío en la casa se realiza mediante ventilación de suministro. La ventilación de escape contribuye a la salida del aire caliente. Reduce las pérdidas a través de la ventilación del intercambiador de calor. No permite que el calor escape junto con el aire de escape, y calienta los flujos entrantes

Proporciona una actualización completa del aire dentro del edificio en una hora. Los edificios construidos según el estándar DIN tienen paredes con barrera de vapor, por lo tanto, aquí se considera que la tasa de intercambio de aire es dos.

Existe una fórmula por la cual se determina la pérdida de calor a través de un sistema de ventilación:

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

Los símbolos aquí significan lo siguiente:

1. Qв - pérdida de calor.
2. V es el volumen de la habitación en mᶾ.
3. P es la densidad del aire. su valor se toma igual a 1.2047 kg / mᶾ.
4. Kv: la tasa de intercambio de aire.
5. C es el calor específico. Es igual a 1005 J / kg x C.

En base a los resultados de este cálculo, es posible determinar la potencia del generador de calor del sistema de calefacción. Si el valor de potencia es demasiado alto, la situación puede convertirse en una salida. unidad de ventilación con recuperador. Veamos algunos ejemplos de casas hechas de diferentes materiales.

Un ejemplo de cálculo de ingeniería térmica No. 1

Calculamos un edificio residencial ubicado en 1 región climática (Rusia), subzona 1B. Todos los datos se toman de la tabla 1 de SNiP 23-01-99. La temperatura más fría observada durante cinco días con una seguridad de 0.92 - tn = -22⁰С.

De acuerdo con SNiP, el período de calentamiento (zop) dura 148 días. La temperatura promedio durante el período de calentamiento con índices de temperatura promedio diarios de aire en la calle es 8⁰ - tot = -2.3⁰. La temperatura exterior durante la temporada de calefacción es tht = -4.4⁰.

La pérdida de calor en el hogar es el momento más importante en la etapa de diseño. La elección de los materiales de construcción y el aislamiento depende de los resultados del cálculo. No hay cero pérdidas, pero esfuércese por asegurarse de que sean lo más oportunas posible.

Se estipula la condición de que la temperatura de 22 дома se debe proporcionar en las habitaciones de la casa. La casa tiene dos pisos y paredes con un espesor de 0.5 m. Su altura es de 7 m, las dimensiones en planta son de 10 x 10 m. El material de las paredes verticales es de cerámica cálida. Para ello, el coeficiente de conductividad térmica es 0.16 W / m x C.

Se usó lana mineral como aislamiento externo, de 5 cm de espesor. El valor de CT para ella es 0.04 W / m x C. El número de aperturas de ventanas en la casa es de 15 piezas. 2.5 m² cada uno.

Pérdida de calor a través de las paredes

En primer lugar, es necesario determinar la resistencia térmica tanto de la pared de cerámica como del aislamiento. En el primer caso, R1 = 0.5: 0.16 = 3.125 sq. mx C / W. En el segundo - R2 = 0.05: 0.04 = 1.25 sq. mx C / W. En general, para una envolvente de construcción vertical: R = R1 + R2 = 3.125 + 1.25 = 4.375 sq. mx C / W.

Dado que la pérdida de calor tiene una relación directamente proporcional con el área de la envolvente del edificio, calculamos el área de las paredes:

A = 10 x 4 x 7 - 15 x 2.5 = 242.5 m²

Ahora puede determinar la pérdida de calor a través de las paredes:

Qc = (242.5: 4.375) x (22 - (-22)) = 2438.9 W.

Las pérdidas de calor a través de paredes horizontales se calculan de la misma manera. Como resultado, se resumen todos los resultados.

Si hay un sótano, la pérdida de calor a través de los cimientos y el piso será menor, ya que la temperatura del suelo, y no el aire exterior, está involucrada en el cálculo.

Si el sótano debajo del piso del primer piso se calienta, el piso no puede aislarse.Las paredes del sótano aún están mejor cubiertas con aislamiento para que el calor no entre al suelo.

Determinación de pérdidas por ventilación.

Para simplificar el cálculo, no tenga en cuenta el grosor de las paredes, sino simplemente determine el volumen de aire en el interior:

V = 10х10х7 = 700 mᶾ.

Con una multiplicidad de intercambio de aire Kv = 2, la pérdida de calor será:

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.

La ventilación efectiva de edificios residenciales es proporcionada por recuperadores rotativos y de placa. La eficiencia del primero es mayor, alcanza el 90%.

Un ejemplo de cálculo de ingeniería térmica No. 2

Se requiere calcular las pérdidas a través de una pared de ladrillo de 51 cm de espesor y está aislado con una capa de lana mineral de 10 cm. Exterior - 18⁰, interior - 22⁰. Las dimensiones del muro son de 2,7 m de altura y 4 m de longitud. La única pared externa de la habitación está orientada hacia el sur, no hay puertas externas.

Para ladrillo, el coeficiente de conductividad térmica Kt = 0.58 W / m º C, para lana mineral - 0.04 W / m º C. Resistencia térmica:

R1 = 0.51: 0.58 = 0.879 sq. mx C / W. R2 = 0.1: 0.04 = 2.5 sq. mx C / W. En general, para una envolvente de construcción vertical: R = R1 + R2 = 0.879 + 2.5 = 3.379 metros cuadrados. mx C / W.

Área de pared externa A = 2.7 x 4 = 10.8 m²

Pérdida de calor a través de la pared:

Qc = (10.8: 3.379) x (22 - (-18)) = 127.9 W.

Para calcular las pérdidas a través de las ventanas, se usa la misma fórmula, pero su resistencia térmica generalmente se indica en el pasaporte y no es necesario calcularla.

En el aislamiento térmico de una casa, las ventanas son un "eslabón débil". Una fracción bastante grande del calor los atraviesa. Las ventanas multicapa de doble acristalamiento, las películas que reflejan el calor y los marcos dobles reducirán las pérdidas, pero incluso esto no ayudará a evitar las pérdidas de calor por completo.

Si las ventanas de la casa con dimensiones de 1.5 x 1.5 m² ahorran energía, están orientadas al norte y la resistencia térmica es de 0.87 m2 ° C / W, entonces las pérdidas serán:

Qo = (2.25: 0.87) x (22 - (-18)) = 103.4 t.

Un ejemplo de cálculo de ingeniería térmica No. 3

Realizaremos un cálculo térmico de un edificio de troncos de madera con una fachada erigida a partir de troncos de pino con un espesor de 0.22 m. El coeficiente para este material es K = 0.15. En esta situación, la pérdida de calor será de:

R = 0.22: 0.15 = 1.47 m² x ⁰C / W.

La temperatura más baja de cinco días es -18 ° C, para mayor comodidad en la casa, la temperatura se establece en 21 ° C. La diferencia es 39⁰. Si procedemos de un área de 120 m², obtenemos el resultado:

Qc = 120 x 39: 1.47 = 3184 W.

A modo de comparación, determinamos la pérdida de una casa de ladrillo. El coeficiente para el ladrillo de silicato es 0.72.

R = 0.22: 0.72 = 0.306 m² x ⁰C / W.
Qs = 120 x 39: 0.306 = 15,294 vatios.

En las mismas condiciones, una casa de madera es más económica. El ladrillo de silicato para paredes no es adecuado aquí en absoluto.

La estructura de madera tiene una alta capacidad calorífica. Sus estructuras envolventes mantienen una temperatura confortable durante mucho tiempo. Sin embargo, incluso una casa de troncos debe estar aislada y es mejor hacerlo tanto desde adentro como desde afuera.

Constructores y arquitectos recomiendan hacer consumo de calor durante el calentamiento para la selección competente de equipos y en la etapa de diseño de la casa para seleccionar el sistema de aislamiento adecuado.

Ejemplo de cálculo de calor No. 4

La casa se construirá en la región de Moscú. Para el cálculo, se tomó una pared creada a partir de bloques de espuma. Cómo se aplica el aislamiento espuma de poliestireno extruido. Acabado de la estructura - yeso en ambos lados. Su estructura es calcárea y arenosa.

El poliestireno expandido tiene una densidad de 24 kg / m3.

La humedad relativa del aire en la habitación es del 55% a una temperatura promedio de 20⁰. Espesor de la capa:

• yeso - 0.01 m;
• hormigón celular - 0.2 m;
• espuma de poliestireno - 0.065 m.

La tarea es encontrar la resistencia de transferencia de calor necesaria y la real. El Rtr necesario se determina sustituyendo los valores en la expresión:

Rtr = a x GSOP + b

donde GOSP es el grado-día de la temporada de calefacción, y ayb son los coeficientes tomados de la tabla No. 3 del Código de Reglas 50.13330.2012. Como el edificio es residencial, a es 0,00035, b = 1.4.

GSOP se calcula mediante la fórmula tomada del mismo SP:

GOSP = (tv - tot) x zot.

En esta fórmula, tv = 20⁰, tf = -2.2⁰, zf - 205 - el período de calentamiento en días. Por lo tanto:

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

Rtr = 0.00035 x 4551 + 1.4 = 2.99 m2 x C / W.

Usando la tabla No. 2 SP50.13330.2012, determine la conductividad térmica para cada capa de la pared:

• λb1 = 0,81 W / m ⁰С;
• λb2 = 0.26 W / m ⁰С;
• λb3 = 0.041 W / m ⁰С;
• λb4 = 0.81 W / m ⁰С.

La resistencia condicional total a la transferencia de calor Ro, igual a la suma de las resistencias de todas las capas. Calcule por la fórmula:

Esta fórmula está tomada del SP 50.13330.2012.Aquí 1 / av es la respuesta a la percepción de calor de las superficies internas. 1 / en - el mismo externo, δ / λ - resistencia de la capa térmica

Sustituyendo los valores recibimos: = 2.54 m2 ° C / W. Rf se determina multiplicando Ro por un coeficiente r igual a 0.9:

Rf = 2.54 x 0.9 = 2.3 m2 x ° C / W.

El resultado obliga a cambiar el diseño del elemento envolvente, ya que la resistencia térmica real es menor que la calculada.

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Los cálculos de ingeniería térmica están directamente relacionados con la definición de punto de rocío. Aprenderá qué es y cómo encontrar su valor en el artículo que recomendamos.

Conclusiones y video útil sobre el tema.

Realización de un cálculo de ingeniería térmica utilizando una calculadora en línea:

El cálculo correcto de ingeniería de calor:

Un cálculo de ingeniería de calor competente le permitirá evaluar la efectividad del aislamiento de los elementos externos de la casa, para determinar la potencia del equipo de calefacción necesario.

Como resultado, puede ahorrar en la compra de materiales y aparatos de calefacción. Es mejor saber de antemano si el equipo puede manejar la calefacción y el acondicionamiento del edificio que comprar todo al azar.

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