Termisk ingeniørberegning av en bygning: spesifikasjoner og formler for å utføre beregninger + praktiske eksempler

Under driften av bygget er både overoppheting og frysing uønsket.Termiske beregninger, som ikke er mindre viktige enn å beregne effektivitet, styrke, brannmotstand og holdbarhet, vil tillate deg å bestemme den gyldne middelvei.

Basert på termiske ingeniørstandarder, klimatiske egenskaper, damp- og fuktighetspermeabilitet, velges materialer for konstruksjon av omsluttende strukturer. Vi vil se på hvordan du utfører denne beregningen i artikkelen.

Formål med termisk ingeniørberegning

Mye avhenger av de termiske tekniske egenskapene til bygningens permanente innhegninger. Dette inkluderer fuktigheten til strukturelle elementer og temperaturindikatorer, som påvirker tilstedeværelsen eller fraværet av kondens på innvendige skillevegger og tak.

Beregningen vil vise om stabile temperatur- og fuktighetsegenskaper vil opprettholdes ved pluss- og minustemperaturer. Listen over disse egenskapene inkluderer også en slik indikator som mengden varme tapt av bygningskonvolutten i den kalde perioden.

Du kan ikke begynne å designe uten å ha alle disse dataene. Basert på dem velges tykkelsen på veggene og taket og rekkefølgen av lag.

I henhold til GOST 30494-96 forskrifter, temperaturverdier innendørs. I gjennomsnitt er det 21⁰. Samtidig må den relative fuktigheten holde seg innenfor et behagelig område, som er et gjennomsnitt på 37 %. Den høyeste hastigheten for luftmassebevegelse er 0,15 m/s

Termisk ingeniørberegning har som mål å bestemme:

1. Er designene identiske med de oppgitte kravene når det gjelder termisk beskyttelse?
2. Hvor fullt sikres et komfortabelt mikroklima inne i bygningen?
3. Er det gitt optimal termisk beskyttelse av strukturer?

Hovedprinsippet er å opprettholde en balanse mellom forskjellen i temperaturindikatorer for atmosfæren til interne strukturer av gjerder og lokaler. Hvis dette ikke følges, vil varme absorberes av disse overflatene og temperaturen inne vil forbli svært lav.

Den indre temperaturen skal ikke påvirkes vesentlig av endringer i varmestrømmen. Denne egenskapen kalles varmebestandighet.

Ved å utføre en termisk beregning bestemmes de optimale grensene (minimum og maksimum) for dimensjonene til vegger og taktykkelser. Dette garanterer driften av bygget over lang tid, både uten ekstrem frysing av strukturer eller overoppheting.

Alternativer for å utføre beregninger

For å utføre varmeberegninger trenger du innledende parametere.

De avhenger av en rekke egenskaper:

1. Formålet med bygget og dets type.
2. Orienteringer av vertikale omsluttende strukturer i forhold til kardinalretningene.
3. Geografiske parametere for fremtidens hjem.
4. Volumet av bygningen, dets antall etasjer, areal.
5. Typer og dimensjoner på dør- og vindusåpninger.
6. Type oppvarming og dens tekniske parametere.
7. Antall fastboende.
8. Materialer for vertikale og horisontale gjerdekonstruksjoner.
9. Tak i øvre etasje.
10. Varmtvannsforsyningsutstyr.
11. Type ventilasjon.

Andre designtrekk ved strukturen tas også i betraktning ved beregning. Luftpermeabiliteten til omsluttende strukturer bør ikke bidra til overdreven kjøling inne i huset og redusere elementenes termiske beskyttelsesegenskaper.

Varmetap er også forårsaket av vannlogging av veggene, og i tillegg medfører dette fuktighet som påvirker bygningens holdbarhet negativt.

I beregningsprosessen bestemmes først og fremst de termiske tekniske dataene til byggematerialene som bygningens omsluttende elementer er laget av. I tillegg er den reduserte varmeoverføringsmotstanden og samsvar med standardverdien gjenstand for bestemmelse.

Formler for å gjøre beregninger

Varmetap fra en bolig kan deles i to hoveddeler: Tap gjennom bygningsskala og tap forårsaket av driften av bygget. ventilasjonssystem. I tillegg går varme tapt når varmt vann slippes ut i kloakksystemet.

Tap gjennom byggekonvolutter

For materialene som de omsluttende strukturene er konstruert av, er det nødvendig å finne verdien av den termiske konduktivitetsindeksen Kt (W/m x grad). De er i de aktuelle oppslagsbøkene.

Nå, å vite tykkelsen på lagene, i henhold til formelen: R = S/Kt, beregne den termiske motstanden til hver enhet. Hvis strukturen er flerlags, legges alle oppnådde verdier sammen.

Den enkleste måten å bestemme størrelsen på varmetapene er ved å legge sammen de termiske strømmene gjennom de omsluttende strukturene som faktisk danner denne bygningen

Veiledet av denne metodikken tar de hensyn til det faktum at materialene som utgjør strukturen har en annen struktur. Det tas også i betraktning at varmestrømmen som passerer gjennom dem har forskjellige spesifikasjoner.

For hver enkelt struktur bestemmes varmetapet av formelen:

Q = (A/R) x dT

Her:

• A er arealet i m².
• R er strukturens motstand mot varmeoverføring.
• dT er temperaturforskjellen mellom ute og inne.Det må bestemmes for den kaldeste 5-dagers perioden.

Ved å utføre beregningen på denne måten kan du få resultatet bare for den kaldeste femdagersperioden. Det totale varmetapet for hele den kalde årstiden bestemmes ved å ta hensyn til dT-parameteren, og tar ikke hensyn til den laveste temperaturen, men den gjennomsnittlige.

I hvilken grad varme absorberes, samt varmeoverføring, avhenger av fuktigheten i klimaet i regionen. Av denne grunn brukes fuktighetskart i beregninger.

Deretter beregnes mengden energi som kreves for å kompensere for tapt varmetap både gjennom bygningsskala og gjennom ventilasjon. Det er merket med symbolet W.

Det er en formel for dette:

B = ((Q + Qв) x 24 x N)/1000

I den er N varigheten av oppvarmingsperioden i dager.

Ulemper ved arealberegning

Beregning basert på arealindikatoren er ikke særlig nøyaktig. Her er det ikke tatt hensyn til parametere som klima, temperaturindikatorer, både minimum og maksimum, og fuktighet. På grunn av å ignorere mange viktige punkter, har beregningen betydelige feil.

Prosjektet prøver ofte å dekke dem, og inkluderer en "reserve".

Hvis denne metoden likevel velges for beregning, må følgende nyanser tas i betraktning:

1. Hvis høyden på vertikale gjerder er opptil tre meter og det ikke er mer enn to åpninger på en overflate, er det bedre å multiplisere resultatet med 100 W.
2. Hvis prosjektet inkluderer en balkong, to vinduer eller en loggia, multipliser med et gjennomsnitt på 125 W.
3. Når lokalene er industri- eller lager, brukes en multiplikator på 150 W.
4. Hvis radiatorer er plassert nær vinduer, økes designkapasiteten med 25%.

Formelen for areal er:

Q=S x 100 (150) W.

Her er Q det behagelige varmenivået i bygningen, S er det oppvarmede området i m². Tallene 100 eller 150 er den spesifikke mengden termisk energi som forbrukes for å varme opp 1 m².

Husventilasjonstap

Nøkkelparameteren i dette tilfellet er luftvekslingskursen. Forutsatt at veggene i huset er dampgjennomtrengelige, er denne verdien lik en.

Inntrengningen av kald luft i huset utføres gjennom tilførselsventilasjon. Avtrekksventilasjon hjelper varm luft å slippe ut. Recuperator-varmeveksleren reduserer tap gjennom ventilasjon. Den lar ikke varme slippe ut sammen med den utgående luften, og den varmer opp de innkommende luftstrømmene

Det er sett for seg at luften inne i bygget skal være fullstendig fornyet i løpet av en time. Bygninger bygget etter DIN-standarden har vegger med dampsperre, så her er luftvekslingen tatt til to.

Det er en formel som bestemmer varmetapet gjennom ventilasjonssystemet:

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

Her betyr symbolene følgende:

1. Qв - varmetap.
2. V er volumet til rommet i mᶾ.
3. P er lufttettheten. verdien er lik 1,2047 kg/mᶾ.
4. Kv - luftvekslingskurs.
5. C er den spesifikke varmekapasiteten. Det er lik 1005 J/kg x C.

Basert på resultatene av denne beregningen er det mulig å bestemme kraften til varmegeneratoren til varmesystemet. Hvis effektverdien er for høy, kan løsningen på situasjonen være ventilasjonsapparat med rekuperator. La oss se på noen få eksempler for hus laget av forskjellige materialer.

Eksempel på termoteknisk beregning nr. 1

La oss beregne en boligbygning som ligger i klimatisk region 1 (Russland), underdistrikt 1B. Alle data er hentet fra tabell 1 i SNiP 23-01-99. Den kaldeste temperaturen observert over fem dager med en sannsynlighet på 0,92 er tн = -22⁰С.

I henhold til SNiP varer oppvarmingsperioden (zop) 148 dager. Gjennomsnittstemperaturen i fyringsperioden med gjennomsnittlig daglig lufttemperatur ute er 8⁰ - tot = -2,3⁰. Utetemperaturen i fyringssesongen er tht = -4,4⁰.

Varmetap av et hus er det viktigste punktet på designstadiet. Valg av byggematerialer og isolasjon avhenger av resultatene av beregningen. Det er ingen null tap, men du må strebe for å sikre at de er så hensiktsmessige som mulig

Betingelsen ble fastsatt at temperaturen i rommene i huset skulle være 22⁰. Huset har to etasjer og vegger med en tykkelse på 0,5 m. Høyden er 7 m, planmålene er 10 x 10 m. Materialet til de vertikale omsluttende strukturene er varm keramikk. For det er varmeledningskoeffisienten 0,16 W/m x C.

Mineralull ble brukt som utvendig isolasjon, 5 cm tykk. Kt-verdien for den er 0,04 W/m x C. Antall vindusåpninger i huset er 15 stk. 2,5 m² hver.

Varmetap gjennom vegger

Først av alt må du bestemme den termiske motstanden til både den keramiske veggen og isolasjonen. I det første tilfellet er R1 = 0,5: 0,16 = 3,125 kvm. m x C/W. I den andre - R2 = 0,05: 0,04 = 1,25 kvm. m x C/W. Generelt, for en vertikal bygningskonvolutt: R = R1 + R2 = 3,125 + 1,25 = 4,375 kvm. m x C/W.

Siden varmetapet er direkte proporsjonalt med arealet til de omsluttende strukturene, beregner vi arealet av veggene:

A = 10 x 4 x 7 – 15 x 2,5 = 242,5 m²

Nå kan du bestemme varmetapet gjennom veggene:

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

Varmetap gjennom horisontale omsluttende konstruksjoner beregnes på tilsvarende måte. Til slutt blir alle resultatene oppsummert.

Hvis det er en kjeller, vil varmetapet gjennom fundamentet og gulvet være mindre, siden beregningen involverer temperaturen på jorda, ikke uteluften

Hvis kjelleren under gulvet i første etasje er oppvarmet, trenger ikke gulvet å isoleres. Det er likevel bedre å fore kjellerveggene med isolasjon slik at varmen ikke slipper ut i bakken.

Bestemmelse av tap gjennom ventilasjon

For å forenkle beregningen tar de ikke hensyn til tykkelsen på veggene, men bestemmer bare volumet av luft inne:

V = 10x10x7 = 700 mᶾ.

Med en luftvekslingshastighet på Kv = 2 vil varmetapet være:

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

Hvis Kv = 1:

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

Roterende og platevarmevekslere gir effektiv ventilasjon av boligbygg. Effektiviteten til førstnevnte er høyere, den når 90%.

Eksempel på termoteknisk beregning nr. 2

Det kreves tapsberegning gjennom en 51 cm tykk murvegg Den er isolert med et 10 cm lag mineralull. Ute - 18⁰, innvendig - 22⁰. Dimensjonene på veggen er 2,7 m i høyden og 4 m i lengden. Den eneste ytterveggen i rommet er orientert mot sør, det er ingen ytterdører.

For murstein er varmeledningskoeffisienten Kt = 0,58 W/mºC, for mineralull - 0,04 W/mºC. Termisk motstand:

R1 = 0,51: 0,58 = 0,879 kvm. m x C/W. R2 = 0,1: 0,04 = 2,5 kvm. m x C/W. Generelt, for en vertikal bygningskonvolutt: R = R1 + R2 = 0,879 + 2,5 = 3,379 kvm. m x C/W.

Ytterveggsareal A = 2,7 x 4 = 10,8 m²

Varmetap gjennom veggen:

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

For å beregne tap gjennom vinduer brukes den samme formelen, men deres termiske motstand er som regel angitt i passet og trenger ikke å beregnes.

I varmeisoleringen av et hus er vinduer det "svake leddet". En ganske stor del av varmen går tapt gjennom dem. Flerlags doble vinduer, varmereflekterende filmer, doble rammer vil redusere tap, men selv dette vil ikke bidra til å unngå varmetap helt

Hvis huset har energisparende vinduer som måler 1,5 x 1,5 m², orientert mot nord, og den termiske motstanden er 0,87 m2°C/W, vil tapene være:

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

Eksempel på termoteknisk beregning nr. 3

La oss utføre en termisk beregning av en tømmerbygning med en fasade bygget av furustokker med et lag 0,22 m tykt.Koeffisienten for dette materialet er K = 0,15. I denne situasjonen vil varmetapet være:

R = 0,22: 0,15 = 1,47 m² x ⁰С/W.

Den laveste temperaturen i femdagersperioden er -18⁰, for komfort i huset er temperaturen satt til 21⁰. Forskjellen vil være 39⁰. Basert på et areal på 120 m² vil resultatet bli:

Qс = 120 x 39: 1,47 = 3184 W.

Til sammenligning, la oss bestemme tapene til et murhus. Koeffisienten for kalksandsten er 0,72.

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

Under de samme forholdene er et trehus mer økonomisk. Kalksandsten er ikke egnet til å bygge vegger her i det hele tatt.

Trekonstruksjonen har høy varmekapasitet. Dens omsluttende strukturer opprettholder en behagelig temperatur i lang tid. Likevel, selv et tømmerhus må isoleres, og det er bedre å gjøre dette både inne og ute

Byggherrer og arkitekter anbefaler at du definitivt gjør det varmeberegning for varmeinstallasjon for riktig valg av utstyr og ved husdesignstadiet for å velge et passende isolasjonssystem.

Varmeberegningseksempel nr. 4

Huset skal bygges i Moskva-regionen. For beregningen ble det tatt en vegg laget av skumblokker. Hvordan isolasjonen påføres ekstrudert polystyrenskum. Etterbehandlingen av strukturen er gips på begge sider. Strukturen er kalksteinssand.

Ekspandert polystyren har en tetthet på 24 kg/mᶾ.

Relativ luftfuktighet i rommet er 55 % ved en gjennomsnittstemperatur på 20⁰. Lagtykkelse:

• gips - 0,01 m;
• skumbetong - 0,2 m;
• utvidet polystyren - 0,065 m.

Oppgaven er å finne den nødvendige og faktiske varmeoverføringsmotstanden. Den nødvendige Rtr bestemmes ved å erstatte verdiene i uttrykket:

Rtr=a x GSOP+b

der GOSP er graddagen i fyringssesongen, er a og b koeffisienter hentet fra tabell nr. 3 i regelverket 50.13330.2012. Siden bygget er bolig, er a 0,00035, b = 1,4.

GSOP beregnes ved å bruke en formel hentet fra samme SP:

GOSP = (tv – tot) x zot.

I denne formelen er tв = 20⁰, tоt = -2,2⁰, zоt - 205 er oppvarmingsperioden i dager. Derfor:

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

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

Bruk tabell nr. 2 SP50.13330.2012 for å bestemme varmeledningskoeffisientene for hvert lag av veggen:

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

Den totale betingede motstanden mot varmeoverføring Ro er lik summen av motstandene til alle lag. Det beregnes ved hjelp av formelen:

Denne formelen er hentet fra SP 50.13330.2012. Her er 1/av motstanden mot varmeoppfatning av indre overflater. 1/an - det samme som ekstern, δ / λ - termisk motstand av laget

Ved å erstatte verdiene får vi: Rо arb. = 2,54 m2°C/W. Rф bestemmes ved å multiplisere Ro med en koeffisient r lik 0,9:

Rf = 2,54 x 0,9 = 2,3 m2 x °C/W.

Resultatet krever endring av utformingen av det omsluttende elementet, siden den faktiske termiske motstanden er mindre enn den beregnede.

Det er mange datatjenester som øker hastigheten og forenkler beregningene.

Termiske beregninger er direkte relatert til bestemmelsen duggpunkt. Du vil lære hva det er og hvordan du finner dens betydning fra artikkelen vi anbefaler.

Konklusjoner og nyttig video om temaet

Utføre termiske beregninger ved hjelp av en online kalkulator:

Riktig termisk beregning:

En kompetent termoteknisk beregning vil tillate deg å evaluere effektiviteten av å isolere de ytre elementene i huset og bestemme kraften til nødvendig oppvarmingsutstyr.

Som et resultat kan du spare penger når du kjøper materialer og varmeenheter. Det er bedre å vite på forhånd om utstyret kan takle bygningens oppvarming og klimaanlegg enn å kjøpe alt tilfeldig.

Legg igjen kommentarer, still spørsmål og legg ut bilder relatert til emnet for artikkelen i blokken nedenfor. Fortell oss hvordan termiske beregninger hjalp deg med å velge varmeutstyr med det nødvendige kraft- eller isolasjonssystemet. Det er mulig at informasjonen din vil være nyttig for besøkende på nettstedet.