Теплотехнический расчет здания: пошаговое руководство с примерами и формулами

Во время эксплуатации здания нежелательны как перегрев, так и промерзание. Определение золотой середины позволит произвести расчет теплотехники, что не менее важно, чем расчет КПД, сопротивления, огнестойкости, долговечности.

Исходя из норм теплотехники, климатических характеристик, паро- и влагопроницаемости, производится выбор материалов для возведения ограждающих конструкций. Как произвести этот расчет, мы рассмотрим в статье.

Цель теплотехнического расчета

Многое зависит от теплотехнических характеристик ограждающих конструкций основного здания. Это влажность элементов конструкции и температурные показатели, влияющие на наличие или отсутствие конденсата на внутренних перегородках и потолках.

Расчет покажет, сохранятся ли стабильные температурно-влажностные характеристики при плюсовых и минусовых температурах. В список этих характеристик также входит такой показатель, как количество тепла, теряемого оболочкой здания в холодный период.

Без всех этих данных нельзя начинать проектировать. Исходя из них, выбирайте толщину стен и полов, последовательность слоев.

Согласно нормам ГОСТ 30494-96, значения температуры внутри помещений. В среднем это 21⁰. При этом относительная влажность должна оставаться в комфортном диапазоне, а это в среднем 37%. Наибольшая скорость движения воздушной массы – 0,15 м / с

Теплотехнический расчет направлен на определение:

  1. Соответствуют ли конструкции заявленным требованиям по тепловой защите?
  2. Полностью ли гарантирован комфортный микроклимат внутри здания?
  3. гарантируется ли оптимальная тепловая защита конструкций?

Главный принцип – выдерживание баланса разницы температурных показателей атмосферы внутренних конструкций заборов и помещений. Если не следовать ему, эти поверхности будут поглощать тепло, и температура внутри останется очень низкой.

Изменения теплового потока не должны существенно влиять на внутреннюю температуру. Эта особенность называется термостойкостью.

Проведя тепловой расчет, определяются оптимальные (минимальные и максимальные) пределы размеров стен, толстых полов. Это гарантия функционирования постройки на долгое время, как без сильного промерзания конструкций, так и без перегрева.

Параметры для выполнения расчетов

Для выполнения теплового расчета требуются исходные параметры.

Они зависят от ряда характеристик:

  1. Назначение здания и его типология.
  2. Ориентация вертикальных ограждающих конструкций по направлению сторон света.
  3. Географические параметры будущего дома.
  4. Объем здания, его этажность, площадь.
  5. Типы и габаритные данные дверей, оконных проемов.
  6. Тип отопления и его технические параметры.
  7. Количество постоянных жителей.
  8. Материал вертикальных и горизонтальных защитных конструкций.
  9. Перекрытия верхнего этажа.
  10. Подача горячей воды.
  11. Тип вентиляции.

При расчете учитываются и другие конструктивные характеристики конструкции. Воздухопроницаемость ограждающих конструкций не должна способствовать чрезмерному охлаждению внутри дома и ухудшать характеристики тепловой защиты элементов.

Теплопотери также вызваны застоем стен и, кроме того, повышением влажности, что отрицательно сказывается на долговечности постройки.

В процессе расчета в первую очередь определяют теплотехнические характеристики строительных материалов, из которых выполнены замыкающие элементы конструкции. Кроме того, определению подлежат пониженное сопротивление теплопередаче и соответствие его нормативному значению.

Формулы расчета

Отвод отработанного тепла из дома можно разделить на две основные части: потери через ограждающие конструкции здания и потери, вызванные работой системы вентиляции. Также тепло теряется при сбросе горячей воды в канализацию.

Убытки из-за ограждающих конструкций

Для материалов, из которых устроены защитные конструкции, необходимо найти значение показателя теплопроводности Kt (Вт / м · градусы). Они есть в соответствующих справочниках.

Теперь, зная толщину слоев, по формуле: R = S / Kt вычислите тепловое сопротивление каждой единицы. Если структура многослойная, все полученные значения складываются.

Величину тепловых потерь легче определить, добавив тепловые потоки через окружающие конструкции, которые фактически образуют это здание

Руководствуясь такой техникой, учитывается, что материалы, входящие в конструкцию, имеют неодинаковую структуру. Также учитывается, что проходящий через них тепловой поток имеет разные характеристики.

Для каждой индивидуальной конструкции теплопотери определяют по формуле:

Q = (A / R) x dT

Здесь:

  • A – площадь в м².
  • R – сопротивление конструкции теплопередаче.
  • dT – разница внешней и внутренней температуры. Его следует определять для самого холодного 5-дневного периода.

Выполнив расчет таким образом, вы можете получить результат только для самого холодного пятидневного периода. Суммарные теплопотери за весь холодный сезон определяют с учетом параметра dT с учетом средней температуры, а не самой низкой.

Степень поглощения тепла и теплопередачи зависит от влажности климата в регионе. По этой причине в расчетах используются карты влажности

Затем рассчитайте количество энергии, необходимое для компенсации потерь тепла, прошедших через конструкции ограждения и через вентиляцию. Обозначается символом W.

Для этого есть формула:

L = ((Q + Qv) x 24 x N) / 1000

В нем N – продолжительность отопительного периода в днях.

Недостатки расчета по площади

Расчет на основе индекса площади не очень точен. При этом не учитывается такой параметр, как климат, температурные показатели, как минимальные, так и максимальные, влажность. Из-за пренебрежения многими важными моментами расчет имеет значительные погрешности.

Часто пытаясь прикрыть их, проект предусматривает «резерв».

Если же для расчета выбран именно этот метод, то следует учесть следующие нюансы:

  1. При высоте вертикальных ограждений до трех метров и наличии не более двух проемов на одной поверхности результат лучше всего умножить на 100 Вт.
  2. Если в проекте есть балкон, два окна или лоджия, умножьте в среднем на 125 Вт.
  3. Когда помещения производственные или складские, применяется множитель на 150Вт.
  4. Если радиаторы расположены возле окон, их расчетная мощность увеличивается на 25%.

Формула площади:

Q = S x 100 (150) П.

Здесь Q – комфортный уровень тепла в здании, S – отапливаемая площадь в м². Цифры 100 или 150 – это удельное значение тепловой энергии, израсходованной на обогрев 1 м².

Потери из-за вентиляции в доме

Ключевым параметром в этом случае является скорость воздухообмена. При условии, что стены дома паропроницаемы, это значение равно единице.

Проникновение холодного воздуха в дом осуществляется через приточную вентиляцию. Вытяжная вентиляция способствует выходу горячего воздуха. Снижает потери благодаря рекуперативному теплообменнику вентиляции. Не дает теплу уходить вместе с выходящим воздухом и нагревает входящие потоки

полное обновление воздуха внутри здания ожидается за один час. Здания, построенные по стандарту DIN, имеют пароизоляционные стены, поэтому здесь коэффициент воздухообмена считается равным двум.

Существует формула, по которой определяются потери тепла через систему вентиляции:

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

Символы здесь означают следующее:

  1. Qw – теплопотери.
  2. V – объем помещения в м.
  3. – плотность воздуха. Его значение принято равным 1,2047 кг / м.
  4. Kv – частота воздухообмена.
  5. C – удельная теплоемкость. Он равен 1005 Дж / кг x C.

По результатам этого расчета можно определить мощность теплогенератора системы отопления. Если значение мощности слишком велико, выходом из ситуации может стать вентиляционное устройство с рекуператором. Давайте рассмотрим несколько примеров домов из разных материалов.

Пример теплотехнического расчета n. 1

Рассчитываем жилой дом, расположенный в 1 климатическом районе (Россия), подрайон 1Б. Все данные взяты из таблицы 1 СНиП 23-01-99. Самая низкая температура наблюдалась за пять дней при расположении 0,92 – tn = -22⁰С.

Согласно СНиП, период разминки (зоп) длится 148 дней. Средняя температура в отопительный период при среднесуточной температуре наружного воздуха 8⁰ – общ = -2,3⁰. Наружная температура в отопительный сезон tht = -4,4⁰.

Распределение тепла в доме – важнейший момент на этапе проектирования. Выбор строительных материалов и утеплителя также зависит от результатов расчета. Нет нулевых потерь, но вы должны стремиться к тому, чтобы они были как можно более подходящими

Условие оговаривается, что комнаты в доме должны быть оборудованы температурой 22⁰С. Дом двухэтажный, стены толщиной 0,5 м. Высота 7 м, размеры в плане 10 х 10 м. Материал вертикальных закрывающих конструкций – горячая керамика. Для нее коэффициент теплопроводности составляет 0,16 Вт / м x С.

В качестве внешнего утеплителя используется минеральная вата толщиной 5 см. Значение Кт для него составляет 0,04 Вт / м x С. Количество оконных проемов в доме – 15 штук. 2,5 м² каждая.

Теплопотери через стены

В первую очередь необходимо определить термическое сопротивление как керамической стены, так и утеплителя. В первом случае R1 = 0,5: 0,16 = 3,125 кв. М x C / Вт. Во втором – R2 = 0,05: 0,04 = 1,25 кв.м x C / Вт. В общем, для конструкции вертикального забора: R = R1 + R2 = 3,125 + 1,25 = 4,375 кв. М x C / W.

Поскольку теплопотери прямо пропорциональны площади окружающих конструкций, рассчитываем площадь стен:

A = 10 x 4 x 7-15 x 2,5 = 242,5 м2

Теперь можно определить теплопотери через стены:

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

Таким же образом рассчитываются потери тепла через конструкции горизонтального ограждения. В конце концов, все результаты подведены.

Если есть подвал, потери тепла через фундамент и пол будут ниже, поскольку в расчетах учитывается температура почвы, а не наружный воздух

Если цоколь ниже первого этажа отапливается, пол утеплять не следует. Еще лучше выстелить стены подвала утеплителем, чтобы тепло не проникало в землю.

Определение потерь через вентиляцию

Для упрощения расчета не учитывают толщину стен, а просто определяют объем воздуха внутри:

V = 10x10x7 = 700 мᶾ.

При скорости воздухообмена Kw = 2 потери тепла составят:

Qw = (700 x 2): 3600) x 1,2047 x 1005 x (22 – (-22)) = 20776 Вт.

Если Kv = 1:

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

Роторные и пластинчатые теплообменники обеспечивают эффективную вентиляцию жилых домов. КПД первого больше, достигает 90%.

Пример теплотехнического расчета n. 2

подсчитать потери необходимо через кирпичную стену толщиной 51 см, утепленную 10-сантиметровым слоем минеральной ваты. Снаружи – 18⁰, внутри – 22⁰. Размеры стены – 2,7 м в высоту и 4 м в длину. Единственная внешняя стена комнаты выходит на юг, внешних дверей нет.

Для кирпича коэффициент теплопроводности Kt = 0,58 Вт / м ºС, для минеральной ваты – 0,04 Вт / м ºС. Термостойкость:

R1 = 0,51: 0,58 = 0,879 м2 м x C / Вт. R2 = 0,1: 0,04 = 2,5 м2 м x C / Вт. В общем, для конструкции вертикального забора: R = R1 + R2 = 0,879 + 2,5 = 3,379 кв. М x C / W.

Поверхность внешней стены A = 2,7 x 4 = 10,8 м²

Потери тепла через стену:

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

Для расчета потерь через окна используется та же формула, но их тепловое сопротивление, как правило, указывается в паспорте и рассчитывать его не нужно.

В теплоизоляции дома окна – «слабое звено». Через них уходит много тепла. Многослойные стеклопакеты, теплоотражающие пленки, двойные рамы уменьшат потери, но даже это не поможет полностью избежать потерь тепла

Если в доме окна размером 1,5 х 1,5 м² энергосберегающие, выходят на север, а тепловое сопротивление составляет 0,87 м2 ° C / Вт, потери составят:

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

Пример теплотехнического расчета n. 3

Мы проводим тепловой расчет деревянного сруба с фасадом, возведенным из бревен сосны толщиной 0,22 м. Коэффициент для этого материала K = 0,15. В этой ситуации потери тепла составят:

R = 0,22: 0,15 = 1,47 м2 x C / Вт.

Самая низкая температура пятидневки – -18, для домашнего комфорта выставлена ​​температура 21. Разница составляет 39⁰. Исходя из площади 120 м², результат:

Qc = 120 x 39: 1,47 = 3184 Вт.

Для сравнения определим потери кирпичного дома. Коэффициент для силикатного кирпича составляет 0,72.

R = 0,22: 0,72 = 0,306 м2 x C / Вт.
Qc = 120 x 39: 0,306 = 15 294 Вт.

В тех же условиях деревянный дом дешевле. Кирпич из песчаника здесь совершенно не подходит для возведения стен.

Деревянная конструкция обладает высокой теплоемкостью. Его закрывающиеся конструкции надолго сохраняют комфортную температуру. Однако бревенчатый дом тоже нужно утеплить и делать это лучше всего как изнутри, так и снаружи

Строители и архитекторы рекомендуют обязательно делать тепловой расчет при установке отопления для грамотного подбора оборудования и еще на этапе проектирования дома для выбора подходящей системы утепления.

Пример расчета тепла № 4

Дом будет построен в Подмосковье. Для расчета была взята стена, созданная из пеноблоков. В качестве утеплителя используется экструдированный пенополистирол. Конструкция отделана штукатуркой с двух сторон. Структура известково-песчаная.

Пенополистирол имеет плотность 24 кг / м2.

Относительные показатели влажности воздуха в помещении – 55% при средней температуре 20⁰С. Толщина слоя:

  • штукатурка – 0,01 м;
  • пенобетон – 0,2 м;
  • пенополистирол – 0,065 м

Задача – найти необходимое и реальное сопротивление теплопередаче. Требуемый Rtr определяется путем подстановки значений в выражение:

Rtr = a GSOP + b

где ГОСП – градусо-сутки отопительного сезона, а b – коэффициенты, взятые из таблицы 3 Свода правил 50.13330.2012. Так как дом жилой, a равно 0,00035, b = 1,4.

GSOP рассчитывается по формуле, взятой из самого SP:

GOSP = (tv – tot) x zot.

В этой формуле tv = 20⁰, tot = -2,2⁰, zda – 205 – период отопления в днях. Следовательно:

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

Rtr = 0,00035 x 4551 + 1,4 = 2,99 м2 x C / Вт.

Используя таблицу № 2 СП50.13330.2012 определены коэффициенты теплопроводности для каждого слоя стены:

  • λb1 = 0,81 Вт / м;
  • λb2 = 0,26 Вт / м;
  • λb3 = 0,041 Вт / м;
  • λb4 = 0,81 Вт / м.

Общее условное сопротивление теплопередаче R® равно сумме сопротивлений всех слоев. Рассчитайте его по формуле:

Эта формула взята из СП 50.13330.2012. Здесь 1 / aw – это противоположность тепловому восприятию внутренних поверхностей. 1 / ан – то же снаружи, δ / λ – сопротивление теплового слоя

Подставляя значения, получаем: Ro усл. = 2,54 м2 ° C / Вт. Rф определяется умножением Rо на коэффициент r, равный 0,9:

Rf = 2,54 x 0,9 = 2,3 м2 x ° C / Вт.

Результат вынуждает изменить конструкцию защитного элемента, так как фактическое тепловое сопротивление ниже расчетного.

Существует множество ИТ-сервисов, ускоряющих и упрощающих расчеты.

Термические расчеты напрямую связаны с определением точки росы. Что это такое и как найти его значение, вы узнаете из статьи, которую мы рекомендуем.

Выводы и полезные видео по теме

Выполнение теплотехнического расчета с помощью онлайн-калькулятора:

Правильный расчет теплотехники:

Грамотный расчет теплотехники позволит оценить эффективность утепления внешних элементов дома, определить мощность необходимого отопительного оборудования.

В результате вы можете сэкономить на покупке отопительных материалов и техники. Лучше заранее узнать, сможет ли техник заниматься отоплением и охлаждением здания, чем покупать все наугад.

Пожалуйста, оставляйте комментарии, задавайте вопросы, размещайте фото по теме статьи в блоке ниже. Расскажите, как расчет теплотехники помог вам выбрать отопительное оборудование необходимой мощности или систему утепления. Ваша информация может быть полезна посетителям сайта.

Источник – https://sovet-ingenera.com/otoplenie/project/teplotexnicheskij-raschet.html
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об инженерных системах
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: