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

Podczas pracy budynku niepożądane jest zarówno przegrzanie, jak i zamrożenie. Ustalenie środkowego gruntu pozwoli na obliczenia inżynierii cieplnej, co jest nie mniej ważne niż obliczenie rentowności, wytrzymałości, odporności na ogień, trwałości.

W oparciu o standardy inżynierii cieplnej, charakterystykę klimatyczną, przepuszczalność pary i wilgoci dokonuje się wyboru materiałów do budowy zamkniętych konstrukcji. Jak wykonać to obliczenie, rozważymy w artykule.

Cel obliczeń inżynierii cieplnej

Wiele zależy od właściwości termicznych ogrodzenia budynku. Jest to wilgotność elementów konstrukcyjnych i wskaźniki temperatury, które wpływają na obecność lub brak kondensatu na wewnętrznych ściankach działowych i sufitach.

Obliczenia pokażą, czy stabilna temperatura i wilgotność są utrzymywane w temperaturach dodatnich i ujemnych. Lista tych cech obejmuje również taki wskaźnik, jak ilość ciepła utraconego przez przegrodę budynku w okresie zimowym.

Nie możesz rozpocząć projektowania bez posiadania wszystkich tych danych. Na ich podstawie wybierz grubość ścian i podłóg, kolejność warstw.

Zgodnie z przepisami GOST 30494-96 wartości temperatur wewnątrz. Średnio wynosi 21⁰. Jednocześnie wilgotność względna musi pozostać w wygodnych ramach, a jest to średnio 37%. Najwyższa prędkość ruchu masy powietrza - 0,15 m / s

Obliczenia inżynierii cieplnej mają na celu określenie:

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

Główną zasadą jest utrzymanie równowagi między różnicą wskaźników temperatury atmosfery wewnętrznych struktur ogrodzeń i pomieszczeń. Jeśli nie zostanie to zaobserwowane, powierzchnie te będą absorbować ciepło, a wewnątrz temperatura pozostanie bardzo niska.

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

Wykonując obliczenia termiczne, określa się optymalne granice (minimum i maksimum) wymiarów grubości ścian i podłóg. Jest to gwarancja długiej eksploatacji budynku, zarówno bez ekstremalnego zamarzania konstrukcji, jak i przegrzania.

Parametry do wykonywania obliczeń

Aby wykonać obliczenia ciepła, potrzebujesz parametrów początkowych.

Zależą od szeregu cech:

1. Miejsce przeznaczenia budynku i jego rodzaj.
2. Orientacje pionowych obwiedni budynku w stosunku do orientacji względem punktów kardynalnych.
3. Parametry geograficzne przyszłego domu.
4. Objętość budynku, liczba pięter, powierzchnia.
5. Rodzaje i dane wymiarowe drzwi, otworów okiennych.
6. Rodzaj ogrzewania i jego parametry techniczne.
7. Liczba stałych mieszkańców.
8. Materiał pionowych i poziomych struktur otaczających.
9. Nakładające się na najwyższe piętro.
10. Wyposażony w ciepłą wodę.
11. Rodzaj wentylacji

Inne cechy konstrukcyjne konstrukcji są uwzględniane w obliczeniach. Przepuszczalność powietrza przez koperty budowlane nie powinna przyczyniać się do nadmiernego chłodzenia wewnątrz domu i zmniejszać właściwości osłony cieplnej elementów.

Utrata ciepła i zalanie ścian, a ponadto prowadzi to do zawilgocenia, niekorzystnie wpływając na trwałość budynku.

W procesie obliczeniowym określane są przede wszystkim dane inżynierii cieplnej materiałów budowlanych, z których wykonana jest powłoka budowlana. Ponadto determinowany jest zmniejszony opór przenoszenia ciepła i zgodność z jego wartością normatywną.

Wzory do obliczania

Wycieki ciepła utraconego przez dom można podzielić na dwie główne części: straty wynikające z budowy obwiedni i straty spowodowane funkcjonowaniem system wentylacji. Ponadto ciepło jest tracone, gdy ciepła woda jest odprowadzana do systemu kanalizacyjnego.

Straty przez budowanie kopert

W przypadku materiałów, które tworzą konstrukcje otaczające, konieczne jest znalezienie wartości wskaźnika przewodności cieplnej Kt (W / m x stopień). Znajdują się w odpowiednich katalogach.

Teraz, znając grubość warstw, zgodnie ze wzorem: R = S / CTobliczyć opór cieplny każdej jednostki. Jeśli projekt jest wielowarstwowy, wszystkie uzyskane wartości są sumowane.

Wymiary strat ciepła można najłatwiej ustalić, dodając przepływy ciepła przez otaczające struktury, które faktycznie tworzą ten budynek

Kierując się tą techniką, weź pod uwagę moment, w którym materiały tworzące strukturę mają inną strukturę. Bierze się również pod uwagę, że przepływający przez nie strumień ciepła ma inną specyfikę.

Dla każdego indywidualnego projektu utratę ciepła określa wzór:

Q = (A / R) x dT

Tutaj:

• A - powierzchnia w m².
• R jest oporem struktury wymiany ciepła.
• dT to różnica temperatur między zewnętrzem a wnętrzem. Należy to ustalić dla najzimniejszego 5-dniowego okresu.

Wykonując obliczenia w ten sposób, możesz uzyskać wynik tylko w najzimniejszym okresie pięciu dni. Całkowitą stratę ciepła dla całego zimnego sezonu określa się, biorąc pod uwagę parametr dT, biorąc pod uwagę temperaturę, nie najniższą, ale średnią.

Stopień pochłaniania ciepła, a także wymiany ciepła, zależy od wilgotności klimatu w regionie. Z tego powodu w obliczeniach wykorzystywane są mapy wilgotności.

Następnie obliczyć ilość energii potrzebnej do skompensowania strat ciepła, które przeszły zarówno przez przegrodę budynku, jak i przez wentylację. Wskazuje na to W.

Istnieje na to formuła:

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

W nim N oznacza czas trwania okresu ogrzewania w dniach.

Wady obliczania powierzchni

Obliczenia oparte na wskaźniku obszaru nie są bardzo dokładne. W tym przypadku nie bierze się pod uwagę takiego parametru, jak klimat, wskaźniki temperatury, zarówno minimalna, jak i maksymalna, wilgotność. Z powodu ignorowania wielu ważnych punktów w obliczeniach występują znaczne błędy.

Często próbuje je zablokować, projekt przewiduje „zapas”.

Jeśli jednak wybierzesz tę metodę do obliczeń, musisz wziąć pod uwagę następujące niuanse:

1. Przy wysokości pionowych ogrodzeń do trzech metrów i obecności nie więcej niż dwóch otworów na jednej powierzchni, wynik lepiej pomnożyć przez 100 watów.
2. Jeśli projekt ma balkon, dwa okna lub loggia są mnożone przez średnio 125 watów.
3. Gdy pomieszczenia są przemysłowe lub magazynowe, stosowany jest wzmacniacz 150 W.
4. Jeśli grzejniki znajdują się w pobliżu okien, ich pojemność obliczeniowa wzrasta o 25%.

Formuła obszaru to:

Q = S x 100 (150) W.

Tutaj Q to komfortowy poziom ciepła w budynku, S to obszar z ogrzewaniem w m². Liczby 100 lub 150 - konkretna ilość energii cieplnej wydanej na ogrzewanie 1 m².

Straty wynikające z wentylacji domowej

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

Przenikanie zimnego powietrza do domu odbywa się poprzez wentylację nawiewną. Wentylacja wyciągowa przyczynia się do odlotu ciepłego powietrza. Zmniejsza straty dzięki wentylacji wymiennika ciepła. Nie pozwala na ucieczkę ciepła wraz z powietrzem wywiewanym i ogrzewa przychodzące strumienie

Zapewnia pełną aktualizację powietrza w budynku w ciągu jednej godziny. Budynki zbudowane zgodnie z normą DIN mają ściany z paroizolacją, dlatego tutaj przyjmuje się, że współczynnik wymiany powietrza wynosi dwa.

Istnieje wzór, według którego określa się straty ciepła przez system wentylacji:

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

Symbole wskazują tutaj:

1. Q - utrata ciepła.
2. V to objętość pomieszczenia w mᶾ.
3. P to gęstość powietrza. przyjęto jego wartość równą 1,2047 kg / m3.
4. Kv - kurs wymiany powietrza.
5. C jest ciepłem właściwym. Jest to równe 1005 J / kg x C.

Na podstawie wyników tych obliczeń można określić moc generatora ciepła systemu grzewczego. Jeśli wartość mocy jest zbyt wysoka, sytuacja może stać się rozwiązaniem. jednostka wentylacyjna z rekuperatorem. Spójrzmy na kilka przykładów domów wykonanych z różnych materiałów.

Przykład obliczeń inżynierii cieplnej nr 1

Obliczamy budynek mieszkalny położony w 1 regionie klimatycznym (Rosja), podobszarze 1B. Wszystkie dane pochodzą z tabeli 1 SNiP 23-01-99. Najzimniejsza temperatura obserwowana przez pięć dni z bezpieczeństwem 0,92 - tn = -22⁰С.

Zgodnie z SNiP okres ogrzewania (zop) trwa 148 dni. Średnia temperatura w okresie grzewczym z dziennymi średnimi wskaźnikami temperatury powietrza na ulicy wynosi 8⁰ - tot = -2,3⁰. Temperatura zewnętrzna w sezonie grzewczym wynosi tht = -4,4⁰.

Utrata ciepła w domu jest najważniejszym momentem na etapie projektowania. Wybór materiałów budowlanych i izolacji zależy od wyników obliczeń. Nie ma zerowych strat, ale staraj się, aby były one jak najbardziej celowe.

Warunkiem jest, aby temperatura 22 дома powinna być zapewniona w pokojach domu. Dom ma dwie podłogi i ściany o grubości 0,5 m. Jego wysokość wynosi 7 m, wymiary w planie wynoszą 10 x 10 m. Materiałem pionowych ścian jest ciepła ceramika. W tym celu współczynnik przewodności cieplnej wynosi 0,16 W / m x C.

Jako izolację zewnętrzną zastosowano wełnę mineralną o grubości 5 cm. Wartość CT dla niej wynosi 0,04 W / m x C. Liczba otworów okiennych w domu wynosi 15 sztuk. 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 m2. mx C / W. W drugim - R2 = 0,05: 0,04 = 1,25 kw. mx C / W. Ogólnie rzecz biorąc, dla pionowej przegród zewnętrznych budynku: R = R1 + R2 = 3,125 + 1,25 = 4,375 m2. mx C / W.

Ponieważ utrata ciepła ma bezpośredni proporcjonalny związek z powierzchnią obwiedni budynku, obliczamy powierzchnię ścian:

A = 10 x 4 x 7 - 15 x 2,5 = 242,5 m²

Teraz możesz określić straty ciepła przez ściany:

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

Straty ciepła przez ściany poziome oblicza się w ten sam sposób. W rezultacie wszystkie wyniki są podsumowane.

Jeśli jest piwnica, utrata ciepła przez fundament i podłogę będzie mniejsza, ponieważ w obliczeniach bierze się pod uwagę temperaturę gleby, a nie powietrza zewnętrznego

Jeśli piwnica pod podłogą pierwszego piętra jest ogrzewana, podłogi nie można zaizolować.Ściany piwnic są nadal lepiej osłonięte izolacją, aby ciepło nie wpadało do ziemi.

Określenie strat poprzez wentylację

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

V = 10х10х7 = 700 mᶾ.

Przy wielokrotności wymiany powietrza Kv = 2 strata ciepła będzie wynosić:

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

Jeśli Kv = 1:

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

Skuteczną wentylację budynków mieszkalnych zapewniają rekuperatory rotacyjne i płytowe. Wydajność tego pierwszego jest wyższa, osiąga 90%.

Przykład obliczeń inżynierii cieplnej nr 2

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

W przypadku cegły współczynnik przewodzenia ciepła Kt = 0,58 W / m º C, w przypadku wełny mineralnej - 0,04 W / m º C. Odporność termiczna:

R1 = 0,51: 0,58 = 0,879 sq. mx C / W. R2 = 0,1: 0,04 = 2,5 kw. mx C / W. Ogólnie rzecz biorąc, dla pionowej przegród zewnętrznych budynku: R = R1 + R2 = 0,879 + 2,5 = 3,379 metrów kwadratowych. mx C / W.

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

Straty ciepła przez ścianę:

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

Aby obliczyć straty przez okna, stosuje się tę samą formułę, ale ich odporność termiczna jest zwykle wskazana w paszporcie i nie trzeba jej obliczać.

W izolacji termicznej domu okna są „słabym ogniwem”. Przepływa przez nich raczej duża część ciepła. Wielowarstwowe okna z podwójnymi szybami, folie odbijające ciepło, podwójne ramy zmniejszą straty, ale nawet to nie pomoże całkowicie uniknąć strat ciepła

Jeśli okna domu o wymiarach 1,5 x 1,5 m² są energooszczędne, skierowane na północ, a opór cieplny wynosi 0,87 m2 ° C / W, straty będą wynosić:

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

Przykład obliczeń inżynierii cieplnej nr 3

Wykonujemy obliczenia termiczne drewnianego budynku z bali z fasadą wzniesioną z bali sosnowych o grubości warstwy 0,22 m. Współczynnik dla tego materiału wynosi K = 0,15. W tej sytuacji utrata ciepła wyniesie:

R = 0,22: 0,15 = 1,47 m² x ⁰C / W.

Najniższa pięciodniowa temperatura wynosi -18⁰, dla wygody w domu temperatura jest ustawiona na 21⁰. Różnica wynosi 39⁰. Jeśli przejdziemy od powierzchni 120 m², otrzymamy wynik:

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

Dla porównania określamy utratę murowanego domu. Współczynnik dla cegły silikatowej wynosi 0,72.

R = 0,22: 0,72 = 0,306 m² x ⁰C / W.
Qs = 120 x 39: 0,306 = 15294 watów.

W tych samych warunkach drewniany dom jest bardziej ekonomiczny. Cegła silikatowa do murowania w ogóle nie nadaje się tutaj.

Drewniana konstrukcja ma wysoką pojemność cieplną. Otaczające go konstrukcje utrzymują komfortową temperaturę przez długi czas. Niemniej jednak nawet dom z bali musi być izolowany i lepiej to robić zarówno od wewnątrz, jak i na zewnątrz

Budowniczowie i architekci polecają to robić zużycie ciepła podczas ogrzewania do właściwego wyboru sprzętu i na etapie projektowania domu wybierz odpowiedni system izolacji.

Przykład obliczania ciepła nr 4

Dom powstanie w regionie moskiewskim. Do obliczeń wzięto ścianę utworzoną z bloków piankowych. Jak stosowana jest izolacja wytłaczana pianka polistyrenowa. Wykończenie konstrukcji - tynk po obu stronach. Jego struktura jest wapienna i piaszczysta.

Styropian ma gęstość 24 kg / m3.

Względna wilgotność powietrza w pomieszczeniu wynosi 55% przy średniej temperaturze 20⁰. Grubość warstwy:

• tynk - 0,01 m;
• pianobeton - 0,2 m;
• styropian - 0,065 m.

Zadanie polega na znalezieniu właściwego i rzeczywistego oporu przenoszenia ciepła. Niezbędny Rtr jest określany przez podstawienie wartości w wyrażeniu:

Rtr = a x GSOP + b

gdzie GOSP jest dniem stopniowym sezonu grzewczego, a aib są współczynnikami zaczerpniętymi z tabeli nr 3 Kodeksu przepisów 50.13330.2012. Ponieważ budynek jest mieszkalny, a wynosi 0,00035, b = 1,4.

GSOP jest obliczany według wzoru wziętego z tego samego SP:

GOSP = (tv - tot) x zot.

W tym wzorze tv = 20⁰, tf = -2,2⁰, zf - 205 - okres ogrzewania w dniach. Dlatego:

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

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

Korzystając z tabeli nr 2 SP50.13330.2012, określ przewodność cieplną 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 na przenoszenie ciepła Ro, równy sumie oporów wszystkich warstw. Oblicz to według wzoru:

Ta formuła pochodzi z SP 50.13330.2012.Tutaj 1 / av jest przeciwdziałaniem percepcji cieplnej powierzchni wewnętrznych. 1 / pl - taki sam zewnętrzny, δ / λ - rezystancja warstwy termicznej

Podstawiając wartości otrzymujemy: = 2,54 m2 ° C / W. Rf określa się, mnożąc Ro przez współczynnik r równy 0,9:

Rf = 2,54 x 0,9 = 2,3 m2 x ° C / W.

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

Istnieje wiele usług komputerowych, które przyspieszają i upraszczają obliczenia.

Obliczenia z zakresu inżynierii cieplnej są bezpośrednio związane z definicją punkt rosy. Dowiesz się, co to jest i jak znaleźć jego wartość z polecanego przez nas artykułu.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Wykonywanie obliczeń inżynierii cieplnej za pomocą kalkulatora online:

Prawidłowe obliczenia inżynierii cieplnej:

Właściwe obliczenia inżynierii cieplnej pozwolą ocenić skuteczność izolacji zewnętrznych elementów domu, aby określić moc niezbędnych urządzeń grzewczych.

W rezultacie możesz zaoszczędzić na zakupie materiałów i urządzeń grzewczych. Lepiej z góry wiedzieć, czy sprzęt może obsłużyć ogrzewanie i klimatyzację budynku, niż kupować wszystko losowo.

Proszę zostawić komentarz, zadać pytanie, opublikować zdjęcie na temat artykułu w bloku poniżej. Powiedz nam, w jaki sposób obliczenia inżynierii cieplnej pomogły Ci wybrać sprzęt grzewczy o wymaganej mocy lub system izolacji. Możliwe, że Twoje informacje będą przydatne dla odwiedzających witrynę.