Топлотехнически изчисления на сграда: специфика и формули за извършване на изчисления + практически примери

По време на експлоатацията на сградата както прегряването, така и замръзването са нежелателни.Топлинните инженерни изчисления, които са не по-малко важни от изчисляването на ефективността, якостта, огнеустойчивостта и издръжливостта, ще ви позволят да определите златната среда.

Въз основа на топлотехническите стандарти, климатичните характеристики, пропускливостта на пара и влага се избират материали за изграждане на ограждащи конструкции. Ще разгледаме как да извършим това изчисление в статията.

Цел на топлотехническите изчисления

Много зависи от топлотехническите характеристики на постоянните заграждения на сградата. Това включва влажността на конструктивните елементи и температурните индикатори, които влияят върху наличието или липсата на конденз върху вътрешните прегради и тавани.

Изчислението ще покаже дали ще се поддържат стабилни характеристики на температурата и влажността при плюсови и минусови температури. Списъкът с тези характеристики включва и такъв индикатор като количеството топлина, загубено от обвивката на сградата през студения период.

Не можете да започнете да проектирате, без да имате всички тези данни. Въз основа на тях се избират дебелината на стените и таваните и последователността на слоевете.

Съгласно разпоредбите на GOST 30494-96, температурните стойности на закрито. Средно е 21⁰. В същото време относителната влажност трябва да остане в комфортен диапазон, който е средно 37%. Най-високата скорост на движение на въздушните маси е 0,15 m/s

Топлотехническите изчисления имат за цел да определят:

1. Проектите идентични ли са с посочените изисквания по отношение на термичната защита?
2. Колко пълно е осигурен комфортен микроклимат в сградата?
3. Осигурена ли е оптимална термична защита на конструкциите?

Основният принцип е поддържането на баланс на разликата в температурните показатели на атмосферата на вътрешните конструкции на огради и помещения. Ако това не се спазва, топлината ще се абсорбира от тези повърхности и температурата вътре ще остане много ниска.

Вътрешната температура не трябва да се влияе значително от промените в топлинния поток. Тази характеристика се нарича устойчивост на топлина.

Чрез извършване на топлинно изчисление се определят оптималните граници (минимални и максимални) на размерите на дебелините на стените и таваните. Това гарантира дългосрочна експлоатация на сградата, както без екстремно замръзване на конструкциите, така и прегряване.

Опции за извършване на изчисления

За да извършите топлинни изчисления, имате нужда от първоначални параметри.

Те зависят от редица характеристики:

1. Предназначение на сградата и нейния тип.
2. Ориентации на вертикални ограждащи конструкции спрямо кардиналните посоки.
3. Географски параметри на бъдещия дом.
4. Обемът на сградата, нейната етажност, площ.
5. Видове и размери на отвори за врати и прозорци.
6. Тип отопление и неговите технически параметри.
7. Брой постоянни жители.
8. Материали за вертикални и хоризонтални оградни конструкции.
9. Тавани на горния етаж.
10. Оборудване за захранване с топла вода.
11. Тип вентилация.

Други конструктивни характеристики на конструкцията също се вземат предвид при изчисляването. Въздушната пропускливост на ограждащите конструкции не трябва да допринася за прекомерно охлаждане вътре в къщата и да намалява топлозащитните характеристики на елементите.

Топлинните загуби се причиняват и от преовлажняване на стените и в допълнение това води до влага, което се отразява негативно на издръжливостта на сградата.

В процеса на изчисление на първо място се определят топлотехническите характеристики на строителните материали, от които са направени ограждащите елементи на сградата. Освен това подлежи на определяне намаленото съпротивление на топлопреминаване и съответствието с неговата стандартна стойност.

Формули за извършване на изчисления

Топлинните загуби от дома могат да бъдат разделени на две основни части: загуби през ограждащите конструкции на сградата и загуби, причинени от експлоатацията на сградата. вентилационна система. В допълнение, топлината се губи, когато топла вода се изпуска в канализационната система.

Загуби чрез ограждащи конструкции на сгради

За материалите, от които са изградени ограждащите конструкции, е необходимо да се намери стойността на коефициента на топлопроводимост Kt (W/m x градус). Има ги в съответните справочници.

Сега, знаейки дебелината на слоевете, според формулата: R = S/Kt, изчислете термичното съпротивление на всяка единица. Ако структурата е многослойна, всички получени стойности се събират заедно.

Най-лесният начин да определите размера на топлинните загуби е като сумирате топлинните потоци през ограждащите конструкции, които всъщност образуват тази сграда

Водени от тази методология, те отчитат факта, че материалите, които изграждат конструкцията, имат различна структура. Отчита се също, че преминаващият през тях топлинен поток има различна специфика.

За всяка отделна структура топлинните загуби се определят по формулата:

Q = (A / R) x dT

Тук:

• A е площта в m².
• R е съпротивлението на конструкцията срещу пренос на топлина.
• dT е температурната разлика между външната и вътрешната.Необходимо е да се определи за най-студения 5-дневен период.

Извършвайки изчислението по този начин, можете да получите резултата само за най-студения петдневен период. Общата топлинна загуба за целия студен сезон се определя, като се вземе предвид параметърът dT, като се вземе предвид не най-ниската температура, а средната.

Степента, до която се абсорбира топлината, както и преносът на топлина, зависи от влажността на климата в региона. Поради тази причина при изчисленията се използват карти на влажността.

След това се изчислява количеството енергия, необходимо за компенсиране на топлинните загуби, загубени както през обвивката на сградата, така и чрез вентилацията. Означава се със символа W.

Има формула за това:

W = ((Q + Qв) x 24 x N)/1000

В него N е продължителността на отоплителния период в дни.

Недостатъци на изчисляването на площта

Изчислението на базата на индикатора за площ не е много точно. Тук не се вземат предвид параметри като климат, температурни индикатори, както минимални, така и максимални, и влажност. Поради пренебрегване на много важни точки, изчислението има значителни грешки.

Често се опитва да ги покрие, проектът включва „резерв“.

Ако все пак този метод е избран за изчисление, трябва да се вземат предвид следните нюанси:

1. Ако височината на вертикалните огради е до три метра и няма повече от два отвора на една повърхност, по-добре е резултатът да се умножи по 100 W.
2. Ако проектът включва балкон, два прозореца или лоджия, умножете средно по 125 W.
3. Когато помещенията са промишлени или складови, се използва множител от 150 W.
4. Ако радиаторите са разположени близо до прозорци, проектният им капацитет се увеличава с 25%.

Формулата за площ е:

Q=S x 100 (150) W.

Тук Q е нивото на комфортна топлина в сградата, S е отопляемата площ в m². Числата 100 или 150 са специфичното количество топлинна енергия, изразходвано за отопление на 1 m².

Загуби на вентилация на къщата

Основният параметър в този случай е скоростта на обмен на въздух. При условие, че стените на къщата са паропропускливи, тази стойност е равна на единица.

Проникването на студен въздух в къщата се осъществява чрез захранваща вентилация. Изпускателната вентилация помага на топлия въздух да излезе. Рекуператорът-топлообменник намалява загубите чрез вентилация. Не позволява на топлината да излиза заедно с изходящия въздух и загрява входящите въздушни потоци

Предвижда се въздухът в сградата да се обнови напълно за един час. Сградите, построени по стандарта DIN, имат стени с пароизолация, така че тук скоростта на обмен на въздух се приема за две.

Има формула, която определя загубата на топлина през вентилационната система:

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

Тук символите означават следното:

1. Qв - загуба на топлина.
2. V е обемът на стаята в mᶾ.
3. P е плътността на въздуха. стойността му се приема равна на 1,2047 kg/mᶾ.
4. Kv - скорост на обмен на въздух.
5. C е специфичният топлинен капацитет. То е равно на 1005 J/kg x C.

Въз основа на резултатите от това изчисление е възможно да се определи мощността на топлинния генератор на отоплителната система. Ако стойността на мощността е твърде висока, решението на ситуацията може да бъде вентилационно устройство с рекуператор. Нека да разгледаме няколко примера за къщи, изработени от различни материали.

Пример за топлинно инженерно изчисление №1

Нека изчислим жилищна сграда, разположена в климатичен район 1 (Русия), подрайон 1B. Всички данни са взети от таблица 1 на SNiP 23-01-99. Най-ниската температура, наблюдавана за пет дни с вероятност 0,92 е tн = -22⁰С.

В съответствие със SNiP отоплителният период (zop) продължава 148 дни. Средната температура през отоплителния период при средна денонощна външна температура на въздуха е 8⁰ - общ = -2,3⁰. Външната температура през отоплителния сезон е tht = -4,4⁰.

Топлинните загуби на къща са най-важният момент на етапа на проектиране. Изборът на строителни материали и изолация зависи от резултатите от изчислението. Няма нулеви загуби, но трябва да се стремите те да са възможно най-целесъобразни

Беше поставено условието температурата в стаите на къщата да бъде 22⁰. Къщата е двуетажна и стени с дебелина 0,5 м. Височина 7 м, планови размери 10 х 10 м. Материалът на вертикалните ограждащи конструкции е топла керамика. За него коефициентът на топлопроводимост е 0,16 W/m x C.

За външна изолация е използвана минерална вата с дебелина 5см. Стойността на Kt за него е 0,04 W/m x C. Броят на прозоречните отвори в къщата е 15 бр. 2,5 м² всяка.

Загуба на топлина през стените

На първо място, трябва да определите термичното съпротивление както на керамичната стена, така и на изолацията. В първия случай R1 = 0,5: 0,16 = 3,125 кв. m x C/W. Във втория - R2 = 0,05: 0,04 = 1,25 кв. m x C/W. Като цяло, за вертикална обвивка на сграда: R = R1 + R2 = 3,125 + 1,25 = 4,375 кв. m x C/W.

Тъй като загубата на топлина е пряко пропорционална на площта на ограждащите конструкции, ние изчисляваме площта на стените:

A = 10 x 4 x 7 – 15 x 2,5 = 242,5 m²

Сега можете да определите загубата на топлина през стените:

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

Загубата на топлина през хоризонтални ограждащи конструкции се изчислява по подобен начин. В крайна сметка всички резултати се сумират.

Ако има сутерен, тогава загубата на топлина през основата и пода ще бъде по-малка, тъй като изчислението включва температурата на почвата, а не външния въздух

Ако мазето под пода на първия етаж се отоплява, не е необходимо подът да бъде изолиран. Все още е по-добре стените на сутерена да бъдат облицовани с изолация, така че топлината да не излиза в земята.

Определяне на загубите чрез вентилация

За да се опрости изчислението, те не вземат предвид дебелината на стените, а просто определят обема на въздуха вътре:

V = 10x10x7 = 700 mᶾ.

При скорост на обмен на въздух Kv = 2 топлинните загуби ще бъдат:

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

Ако Kv = 1:

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

Ротационните и пластинчатите топлообменници осигуряват ефективна вентилация на жилищни сгради. Ефективността на първия е по-висока, достига 90%.

Пример за топлинно инженерно изчисление № 2

Необходимо е да се изчислят загубите през тухлена стена с дебелина 51 см. Тя е изолирана с 10 см слой минерална вата. Отвън - 18⁰, отвътре - 22⁰. Размерите на стената са 2,7 м височина и 4 м дължина. Единствената външна стена на стаята е ориентирана на юг, няма външни врати.

За тухла коефициентът на топлопроводимост Kt = 0,58 W/mºC, за минерална вата - 0,04 W/mºC. Термична устойчивост:

R1 = 0,51: 0,58 = 0,879 кв. m x C/W. R2 = 0,1: 0,04 = 2,5 кв. m x C/W. Като цяло, за вертикална обвивка на сграда: R = R1 + R2 = 0,879 + 2,5 = 3,379 кв. m x C/W.

Площ на външната стена A = 2,7 x 4 = 10,8 m²

Топлинни загуби през стената:

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

За изчисляване на загубите през прозорците се използва същата формула, но тяхната термична устойчивост, като правило, е посочена в паспорта и не е необходимо да се изчислява.

При топлоизолацията на една къща дограмата е „слабото звено“. Чрез тях се губи доста голяма част от топлината. Многослойни прозорци с двоен стъклопакет, топлоотразяващи филми, двойни рамки ще намалят загубите, но дори това няма да помогне да се избегнат напълно загубите на топлина

Ако къщата има енергоспестяващи прозорци с размери 1,5 x 1,5 m², ориентирани на север, и топлинното съпротивление е 0,87 m2°C/W, тогава загубите ще бъдат:

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

Пример за топлинно инженерно изчисление №3

Нека направим топлинно изчисление на дървена дървена сграда с фасада, изградена от борови трупи с дебелина на слоя 0,22 м. Коефициентът за този материал е K = 0,15. В тази ситуация загубата на топлина ще бъде:

R = 0,22 : 0,15 = 1,47 m² x ⁰С/W.

Най-ниската температура за петдневния период е -18⁰, за комфорт в къщата температурата е настроена на 21⁰. Разликата ще бъде 39⁰. Въз основа на площ от 120 m², резултатът ще бъде:

Qс = 120 x 39: 1.47 = 3184 W.

За сравнение, нека определим загубите на тухлена къща. Коефициентът за пясъчно-варови тухли е 0,72.

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

При същите условия дървената къща е по-икономична. Пясъчно-варовата тухла изобщо не е подходяща за изграждане на стени тук.

Дървената конструкция има висок топлинен капацитет. Неговите ограждащи конструкции поддържат комфортна температура за дълго време. И все пак, дори дървена къща трябва да бъде изолирана и е по-добре да направите това както отвътре, така и отвън

Строителите и архитектите препоръчват определено да го направите топлинно изчисление за отоплителна инсталация за правилен избор на оборудване и на етапа на проектиране на къщата за избор на подходяща изолационна система.

Пример за изчисляване на топлината № 4

Къщата ще бъде построена в района на Москва. За изчислението беше взета стена от блокове от пяна. Как се полага изолацията екструдирана полистиролова пяна. Завършването на конструкцията е двустранно шпакловка. Структурата му е варовиково-пясъчна.

Експандираният полистирол е с плътност 24 kg/mᶾ.

Относителната влажност на въздуха в помещението е 55% при средна температура 20⁰. Дебелина на слоя:

• мазилка - 0,01 м;
• пенобетон - 0,2 м;
• пенополистирол - 0,065м.

Задачата е да се намери необходимото и действително съпротивление на топлопреминаване. Необходимият Rtr се определя чрез заместване на стойностите в израза:

Rtr=a x GSOP+b

където GOSP е градус-ден на отоплителния сезон, a и b са коефициенти, взети от таблица № 3 от Кодекса на правилата 50.13330.2012. Тъй като сградата е жилищна, a е 0,00035, b = 1,4.

GSOP се изчислява по формула, взета от същия SP:

GOSP = (tv – общо) x zot.

В тази формула tв = 20⁰, tоt = -2,2⁰, zоt - 205 е отоплителният период в дни. Следователно:

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

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

Използвайки таблица № 2 SP50.13330.2012, определете коефициентите на топлопроводимост за всеки слой на стената:

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

Общото условно съпротивление на топлопредаване Ro е равно на сумата от съпротивленията на всички слоеве. Изчислява се по формулата:

Тази формула е взета от SP 50.13330.2012. Тук 1/av е устойчивостта на топлинно възприемане на вътрешните повърхности. 1/an - същото като външно, δ / λ - термично съпротивление на слоя

Замествайки стойностите, получаваме: Rо arb. = 2,54 m2°C/W. Rф се определя чрез умножаване на Ro с коефициент r, равен на 0,9:

Rf = 2,54 x 0,9 = 2,3 m2 x °C/W.

Резултатът изисква промяна на дизайна на ограждащия елемент, тъй като действителното термично съпротивление е по-малко от изчисленото.

Има много компютърни услуги, които ускоряват и опростяват изчисленията.

Топлинните изчисления са пряко свързани с определянето Точка на оросяване. Какво представлява и как да откриете значението му ще научите от статията, която препоръчваме.

Изводи и полезно видео по темата

Извършване на топлотехнически изчисления с помощта на онлайн калкулатор:

Правилно топлотехническо изчисление:

Компетентното топлотехническо изчисление ще ви позволи да оцените ефективността на изолацията на външните елементи на къщата и да определите мощността на необходимото отоплително оборудване.

В резултат на това можете да спестите пари при закупуване на материали и отоплителни уреди. По-добре е да знаете предварително дали оборудването може да се справи с отоплението и климатизацията на сградата, отколкото да купувате всичко на случаен принцип.

Моля, оставяйте коментари, задавайте въпроси и публикувайте снимки, свързани с темата на статията, в блока по-долу. Разкажете ни как топлотехническите изчисления ви помогнаха да изберете отоплително оборудване с необходимата мощност или изолационна система. Възможно е вашата информация да бъде полезна за посетителите на сайта.