При експлуатації будівлі небажаний як перегрів, так і промерзання. Визначити золоту середину дозволить теплотехнічний розрахунок, який не менш важливий, ніж обчислення економічності, міцності, стійкості до вогню, довговічності.
Виходячи з теплотехнічних норм, кліматичних характеристик, паро - і влагопроницаемости здійснюється вибір матеріалів для споруди огороджувальних конструкцій. Як виконати цей розрахунок, розглянемо в статті.
Мета теплотехнічного розрахунку
Від теплотехнічних особливостей капітальних огорож будівлі залежить багато чого. Це і вологість конструктивних елементів, і температурні показники, які впливають на наявність або відсутність конденсату на міжкімнатних перегородках і перекриттях.
Розрахунок покаже, чи будуть підтримуватися стабільні температурні і вологісні характеристики при плюсовій і мінусовій температурі. У перелік цих характеристик входить і такий показник, як кількість тепла, губиться огороджувальними конструкціями будівлі в холодний період.
Не можна починати проектування, не маючи всіх цих даних. Спираючись на них, вибирають товщину стін і перекриттів, послідовність шарів.
За регламентом ГОСТ 30494-96 температурні значення всередині приміщень. В середньому вона дорівнює 21⁰. При цьому відносна вологість зобов'язана перебувати в комфортних рамках, а це в середньому 37%. Найбільша швидкість переміщення маси повітря - 0, 15 м / с
Теплотехнічний розрахунок ставить перед собою мети визначити:
- Ідентичні чи конструкції заявленим запитам з точки зору теплового захисту?
- Настільки повно забезпечується комфортний мікроклімат всередині будівлі?
- Чи забезпечується оптимальна тепловий захист конструкцій?
Основний принцип - дотримання балансу різниці температурних показників атмосфери внутрішніх конструкцій огорож і приміщень. Якщо його не дотримуватися, тепло будуть поглинати ці поверхні, а всередині температура залишиться дуже низькою.
На внутрішню температуру не повинні істотно впливати зміни теплового потоку. Цю характеристику називають теплотривкістю.
Шляхом виконання теплового розрахунку визначають оптимальні межі (мінімальний і максимальний) габаритів стін, перекриттів по товщині. Це є гарантією експлуатації будівлі протягом тривалого періоду як без екстремальних промерзань конструкцій, так і програвав.
Параметри для виконання розрахунків
Щоб виконати теплорасчет, потрібні вихідні параметри.
Залежать вони від ряду характеристик:
- Призначення споруди і її типу.
- Орієнтування вертикальних огороджувальних конструкцій щодо спрямованості до сторін світу.
- Географічних параметрів майбутнього будинку.
- Обсягу будівлі, його поверховості, площі.
- Типів і розмірних даних дверних, віконних прорізів.
- Виду опалення і його технічних параметрів.
- Кількості постійних мешканців.
- Матеріалу вертикальних і горизонтальних огороджувальних конструкцій.
- Перекриття верхнього поверху.
- Оснащення гарячим водопостачанням.
- Виду вентиляції.
Враховуються при розрахунку і інші конструктивні особливості будови. Повітропроникність огороджувальних конструкцій не повинна сприяти надмірному охолодженню всередині будинку і знижувати теплозахисні характеристики елементів.
Втрати тепла викликає і перезволоження стін, а крім того, це тягне за собою вогкість, негативно впливає на довговічність будівлі.
У процесі розрахунку, насамперед, визначають теплотехнічні дані будматеріалів, з яких виготовляються огороджувальні елементи будови. Крім цього, визначення підлягає приведений опір теплопередачі і доцільність його нормативному значенню.
Формули для виробництва розрахунку
Витоку тепла, що втрачається будинком, можна розділити на дві основні частини: втрати через огороджувальні конструкції і втрати, викликані функціонуванням вентиляційної системи. Крім того, тепло втрачається при скиданні теплої води в каналізаційну систему.
Втрати через огороджувальні конструкції
Для матеріалів, з яких влаштовані огороджувальні конструкції, потрібно знайти величину показника теплопровідності Кт (Вт / м х градус). Вони є у відповідних довідниках.
Тепер, знаючи товщину шарів, за формулою: R = S / Кт, вираховують термічний опір кожної одиниці. Якщо конструкція багатошарова, всі отримані значення складають.
Розміри теплових втрат найпростіше визначити шляхом складання теплових течій через огороджувальні конструкції, які власне і утворюють цю будівлю
Керуючись такою методикою, до обліку приймають той момент, що матеріали, що становлять конструкції, мають неоднакову структуру. Також враховується, що потік тепла, що проходить крізь них, має різну специфіку.
Для кожної окремої конструкції тепловтрати визначають за формулою:
Q = (A / R) х dT
тут:
- А - площа в м².
- R - опір конструкції теплопередачі.
- dT - різниця температур зовні і зсередини. Визначати її потрібно для самого холодного 5 денного періоду.
Виконуючи розрахунок таким чином, можна отримати результат тільки для самого холодного п'ятиденного періоду. Загальні втрати тепла за весь холодний сезон визначають шляхом обліку параметра dT, враховуючи температуру не найнижчу, а середню.
Якою мірою засвоюється тепло, а також тепловіддача залежить від вологості клімату в регіоні. З цієї причини при обчисленнях застосовують карти вологості
Далі, вираховують кількість енергії, необхідної для компенсації втрат тепла, який пішов як через огороджувальні конструкції, так і через вентиляцію. Воно позначається символом W.
Для цього є формула:
W = ((Q + Q в) х 24 х N) / 1000
У ній N - тривалість опалювального періоду в днях.
Недоліки розрахунку по площі
Розрахунок, заснований на площадковому показнику, не відрізняється великою точністю. Тут не прийнято до уваги такий параметр, як клімат, температурні показники як мінімальні, так і максимальні, вологість. Через ігнорування багатьох важливих моментів розрахунок має значні похибки.
Часто намагаючись перекрити їх, в проекті передбачають «запас».
Якщо все ж для розрахунку обраний цей спосіб, потрібно враховувати наступні нюанси:
- При висоті вертикальних огорож до трьох метрів і наявності не більше двох отворів на одній поверхні, результат краще помножити на 100 Вт.
- Якщо в проект закладено балкон, два вікна або лоджія, множать в середньому на 125 Вт.
- Коли приміщення промислові або складські, застосовують множник 150 Вт.
- У разі розташування радіаторів поблизу вікон, їх проектну потужність збільшують на 25%.
Формула по площі має вигляд:
Q = S х 100 (150) Вт.
Тут Q - комфортний рівень тепла в будівлі, S - площа з опаленням в м². Числа 100 або 150 - питома величина теплової енергії, що витрачається для нагрівання 1 м².
Втрати через вентиляцію будинку
Ключовим параметром в цьому випадку є кратність повітрообміну. За умови, що стіни будинку паропроникні, ця величина дорівнює одиниці.
Проникнення холодного повітря в будинок здійснюється по припливної вентиляції. Витяжна вентиляція сприяє догляду теплого повітря. Знижує втрати через вентиляцію рекуператор-теплообмінник. Він не допускає відходу тепла разом з виходять повітрям, а вхідні потоки він нагріває
Передбачається повне оновлення повітря всередині будівлі за одну годину. Будинки, побудовані за стандартом DIN, мають стіни з пароізоляцією, тому тут кратність повітрообміну приймають рівною двом.
Є формула, за якою визначають тепловтрати через систему вентиляції:
Qв = (V х Кв 3600) х Р х С х dT
Тут символи позначають наступне:
- Qв - втрати тепла.
- V - об'єм кімнати в мᶾ.
- Р - щільність повітря. елічіна її приймається рівною 1, 2047 кг / мᶾ.
- Кв - кратність повітрообміну.
- С - питома теплоємність. Вона дорівнює 1005 Дж / кг х С.
За підсумками цього розрахунку можна визначити потужність теплогенератора опалювальної системи. У разі занадто високого значення потужності виходом із ситуації може стати установка системи вентиляції з рекуператором. Розглянемо кілька прикладів для будинків з різних матеріалів.
Приклад теплотехнічного розрахунку №1
Розрахуємо житловий будинок, що знаходиться в 1 кліматичному районі (Росія), подрайон 1В. Всі дані взяті з таблиці 1 СНиП 23-01-99. Найбільш холодна температура, спостерігається протягом п'яти днів забезпеченістю 0, 92 - tн = -22⁰С.
Відповідно до СНиП опалювальний період (zоп) триває 148 діб. Усереднена температура протягом опалювального періоду при середньодобових температурних показниках повітря на вулиці 8⁰ - tот = -2, 3⁰. Температура зовні в опалювальний сезон - tht = -4, 4⁰.
Тепловтрати будинку - найважливіший момент на етапі його проектування. Від підсумків розрахунку залежить і вибір будматеріалів, і утеплювача. Нульових втрат не буває, але прагнути треба до того, щоб вони були максимально доцільними
Обумовлено умова, що в кімнатах будинку повинна бути забезпечена температура 22⁰. Будинок має два поверхи і стіни товщиною 0, 5 м. Висота його - 7 м, габарити в плані - 10 х 10 м. Матеріал вертикальних огороджувальних конструкцій - тепла кераміка. Для неї коефіцієнт теплопровідності - 0, 16 Вт / м х С.
Як зовнішній утеплювач, товщиною 5 см, використана мінеральна вата. Значення Кт для неї - 0, 04 Вт / м х С. Кількість віконних прорізів в будинку - 15 шт. по 2, 5 м² кожне.
Тепловтрати через стіни
Перш за все, потрібно визначити термічний опір як керамічної стіни, так і утеплювача. У першому випадку R1 = 0, 5: 0, 16 = 3, 125 кв. м х З / Вт. У другому - R2 = 0, 05: 0, 04 = 1, 25 кв. м х З / Вт. В цілому для вертикальної огороджувальної конструкції: R = R1 + R2 = 3.125 + 1.25 = 4.375 кв. м х З / Вт.
Так як тепловтрати мають прямо пропорційну взаємозв'язок з площею огороджувальних конструкцій, розраховуємо площу стін:
А = 10 х 4 х 7 - 15 х 2, 5 = 242, 5 м²
Тепер можна визначити втрати тепла через стіни:
Q з = (242, 5: 4.375) х (22 - (-22)) = 2438, 9 Вт.
Тепловтрати через горизонтальні огороджувальні конструкції розраховують аналогічно. У підсумку все результати підсумовують.
Якщо є підвал, то тепловтрати через фундамент і підлогу будуть меншими, оскільки в розрахунку бере участь температура грунту, а не зовнішнього повітря
Якщо підвал під підлогою першого поверху опалюється, пів годі й утеплювати. Стіни підвалу все ж краще обшити утеплювачем, щоб тепло не йшло в грунт.
Визначення втрат через вентиляцію
Щоб спростити розрахунок, не враховують товщину стін, а просто визначають обсяг повітря всередині:
V = 10х10х7 = 700 мᶾ.
При кратності повітрообміну Кв = 2, втрати тепла складуть:
Qв = (700 х 2) 3600) х 1, 2047 х 1005 х (22 - (-22)) = 20 776 Вт.
Якщо Кв = 1:
Qв = (700 х 1) 3600) х 1, 2047 х 1005 х (22 - (-22)) = 10 358 Вт.
Ефективну вентиляцію житлових будинків забезпечують роторні і пластинчасті рекуператори. ККД у перших вище, він досягає 90%.
Приклад теплотехнічного розрахунку №2
Потрібно провести розрахунок втрат крізь стіну з цегли завтовшки 51 см. Вона утеплена 10-сантиметровим шаром мінеральної вати. Зовні - 18⁰, всередині - 22⁰. Габарити стіни - 2, 7 м по висоті і 4 м по довжині. Єдина зовнішня стіна приміщення орієнтована на південь, зовнішніх дверей немає.
Для цегли коефіцієнт теплопровідності Кт = 0, 58 Вт / мºС, для мінеральної вати - 0, 04 Вт / мºС. Термічний опір:
R1 = 0, 51: 0, 58 = 0, 879 кв. м х З / Вт. R2 = 0, 1: 0, 04 = 2, 5 кв. м х З / Вт. В цілому для вертикальної огороджувальної конструкції: R = R1 + R2 = 0.879 + 2, 5 = 3.379 кв. м х З / Вт.
Площа зовнішньої стіни А = 2, 7 х 4 = 10, 8 м²
Втрати тепла через стіну:
Q з = (10, 8: 3.379) х (22 - (-18)) = 127, 9 Вт.
Для розрахунку втрат через вікна застосовують ту ж формулу, але термічний опір їх, як правило, зазначено в паспорті і розраховувати його не потрібно.
У теплоізоляції будинку вікна - «слабка ланка». Через них йде досить велика частка тепла. Зменшать втрати багатошарові склопакети, теплоотражающие плівки, подвійні рами, але навіть це не допоможе уникнути тепловтрат повністю
Якщо в будинку вікна з розмірами 1, 5 х 1, 5 м ² енергозберігаючі, орієнтовані на Північ, а термічний опір одно 0, 87 м2 ° С / Вт, то втрати складуть:
Q о = (2, 25: 0, 87) х (22 - (-18)) = 103, 4 т.
Приклад теплотехнічного розрахунку №3
Виконаємо теплової розрахунок дерев'яного дерев'яного будинку з фасадом, зведеним з соснових колод шаром товщиною 0, 22 м. Коефіцієнт для цього матеріалу - К = 0, 15. У цій ситуації тепловтрати складуть:
R = 0, 22: 0, 15 = 1, 47 м² х ⁰С / Вт.
Найнижча температура п'ятиденки - -18⁰, для комфорту в будинку задана температура 21⁰. Різниця складе 39⁰. Якщо виходити з площі 120 м², вийде результат:
Q з = 120 х 39: 1, 47 = 3184 Вт.
Для порівняння визначимо втрати цегляного будинку. Коефіцієнт для силікатної цегли - 0, 72.
R = 0, 22: 0, 72 = 0, 306 м² х ⁰С / Вт.
Q з = 120 х 39: 0, 306 = 15 294 Вт.
В однакових умовах дерев'яний будинок більш економічний. Силікатна цегла для зведення стін тут не підходить зовсім.
Дерев'яна будівля має високу теплоємність. Його огороджувальні конструкції довго зберігають комфортну температуру. Тим не менш, навіть дерев'яний будинок потрібно утеплювати і краще зробити це і зсередини, і зовні
Будівельники і архітектори рекомендують обов'язково робити теплорасчет при влаштуванні опалення для грамотного підбору обладнання та на стадії проектування будинку для вибору відповідної системи утеплення.
Приклад теплорасчет №4
Будинок буде побудований в Московській області. Для розрахунку взято стіна, створена з піноблоків. Як утеплювач застосований екструдований пінополістирол. Оздоблення конструкції - штукатурка з двох сторін. Структура її - вапняно-піщана.
Пінополістирол має щільність 24 кг / мᶾ.
Відносні показники вологості повітря в кімнаті - 55% при усередненої температурі 20⁰. Товщина шарів:
- штукатурка - 0, 01 м;
- пінобетон - 0, 2 м;
- пінополістирол - 0, 065 м.
Завдання - відшукати потрібне опір теплопередачі і фактичне. Необхідна Rтр визначають, підставивши значення в вираз:
Rтр = a х ГСОП + b
де ГОСП - це градусо-добу сезону опалення, а й b - коефіцієнти, взяті з таблиці №3 Зводу Правил 50.13330.2012. Оскільки будівля житлове, a одно 0, 00035, b = 1, 4.
ГСОП вираховують за формулою, взятої з того ж СП:
ГОСП = (t в - tот) х zот.
У цій формулі t в = 20⁰, tот = -2, 2⁰, zот - 205 - опалювальний період в добі. отже:
ГСОП = (20 - (-2, 2)) х 205 = 4551⁰ З х діб .;
Rтр = 0, 00035 х 4551 + 1, 4 = 2, 99 м2 х С / Вт.
Використовуючи таблицю №2 СП50.13330.2012, визначають коефіцієнти теплопровідності для кожного пласта стіни:
- λб1 = 0, 81 Вт / м ⁰С;
- λб2 = 0, 26 Вт / м ⁰С;
- λб3 = 0, 041 Вт / м ⁰С;
- λб4 = 0, 81 Вт / м ⁰С.
Повний умовне опір теплопередачі Rо, дорівнює сумі опорів всіх шарів. Розраховують його за формулою:
Ця формула взята з СП 50.13330.2012. Тут 1 / ав - це протидія теплосприй внутрішніх поверхонь. 1 / ан - то ж зовнішніх, δ / λ - опір термічне шару
Підставивши значення отримують: Rо ум. = 2, 54 м2 ° С / Вт. Rф визначають шляхом множення Rо на коефіцієнт r, що дорівнює 0.9:
Rф = 2, 54 х 0, 9 = 2, 3 м2 х ° С / Вт.
Результат зобов'язує змінити конструкцію захищає елемента, оскільки фактичне теплове опір менше розрахункового.
Існує безліч комп'ютерних сервісів, що прискорюють і спрощують розрахунки.
Теплотехнічні розрахунки безпосередньо пов'язані з визначенням точки роси. Що це таке і як знайти її значення дізнаєтеся з рекомендованої нами статті.
Висновки і корисне відео по темі
Виконання теплотехнічного розрахунку за допомогою онлайн-калькулятора:
Правильний теплотехнічний розрахунок:
Грамотний теплотехнічний розрахунок дозволить оцінити результативність утеплення зовнішніх елементів будинку, визначити потужність необхідного опалювального обладнання.
Як результат, можна заощадити при покупці матеріалів і нагрівальних приладів. Краще заздалегідь знати, впоратися чи техніка з нагріванням і кондиціонуванням будови, ніж купувати все навмання.
Залишайте, будь ласка, коментарі, задавайте питання, розміщуйте фото по темі статті в розташованому нижче блоці. Розкажіть про те, як теплотехнічний розрахунок допоміг вам вибрати обігрівальне обладнання потрібної потужності або систему утеплення. Не виключено, що ваша інформація стане в нагоді відвідувачам сайту.