Càlcul d'enginyeria tèrmica d'un edifici: especificitats i fórmules per fer càlculs + exemples pràctics

Durant el funcionament de l'edifici, tant el sobreescalfament com la congelació no són desitjables.Els càlculs d'enginyeria tèrmica, que no són menys importants que calcular l'eficiència, la força, la resistència al foc i la durabilitat, us permetran determinar la mitjana àuria.

D'acord amb els estàndards d'enginyeria tèrmica, les característiques climàtiques, la permeabilitat al vapor i la humitat, es seleccionen materials per a la construcció d'estructures de tancament. Veurem com realitzar aquest càlcul a l'article.

Finalitat del càlcul d'enginyeria tèrmica

Molt depèn de les característiques tècniques tèrmiques dels tancaments permanents de l'edifici. Això inclou la humitat dels elements estructurals i els indicadors de temperatura, que afecten la presència o absència de condensació a les particions interiors i sostres.

El càlcul mostrarà si es mantindran les característiques estables de temperatura i humitat a temperatures positives i negatives. La llista d'aquestes característiques també inclou un indicador com la quantitat de calor perduda per l'envoltant de l'edifici durant el període de fred.

No pots començar a dissenyar sense tenir totes aquestes dades. A partir d'ells, s'escullen el gruix de les parets i els sostres i la seqüència de capes.

Segons la normativa GOST 30494-96, els valors de temperatura a l'interior. De mitjana és de 21⁰. Al mateix temps, la humitat relativa ha de romandre dins d'un rang còmode, que és una mitjana del 37%. La velocitat màxima de moviment de la massa d'aire és de 0,15 m/s

El càlcul d'enginyeria tèrmica pretén determinar:

1. Els dissenys són idèntics als requisits establerts pel que fa a la protecció tèrmica?
2. Fins a quin punt es garanteix un microclima còmode a l'interior de l'edifici?
3. Es proporciona una protecció tèrmica òptima de les estructures?

El principi principal és mantenir un equilibri de la diferència en els indicadors de temperatura de l'atmosfera de les estructures internes de tanques i locals. Si no se segueix, la calor serà absorbida per aquestes superfícies i la temperatura interior es mantindrà molt baixa.

La temperatura interna no s'ha de veure afectada significativament pels canvis en el flux de calor. Aquesta característica s'anomena resistència a la calor.

Realitzant un càlcul tèrmic, es determinen els límits òptims (mínims i màxims) de les dimensions de les parets i els gruixos del sostre. Això garanteix el funcionament de l'edifici durant un llarg període, tant sense congelació extrema de les estructures ni sobreescalfament.

Opcions per realitzar càlculs

Per realitzar càlculs de calor, necessiteu paràmetres inicials.

Depenen de diverses característiques:

1. Finalitat de l'edifici i la seva tipologia.
2. Orientacions de les estructures de tancament verticals respecte a les direccions cardinals.
3. Paràmetres geogràfics de la futura llar.
4. El volum de l'edifici, el seu nombre de plantes, la superfície.
5. Tipus i dimensions de les obertures de portes i finestres.
6. Tipus de calefacció i els seus paràmetres tècnics.
7. Nombre de residents permanents.
8. Materials per a estructures de tanca vertical i horitzontal.
9. Sostres de la planta superior.
10. Equips de subministrament d'aigua calenta.
11. Tipus de ventilació.

Altres característiques de disseny de l'estructura també es tenen en compte a l'hora de calcular. La permeabilitat a l'aire de les estructures de tancament no ha de contribuir a un refredament excessiu a l'interior de la casa i reduir les característiques de protecció tèrmica dels elements.

La pèrdua de calor també es produeix per l'engordament de les parets i, a més, això comporta humitat, que afecta negativament la durabilitat de l'edifici.

En el procés de càlcul, en primer lloc, es determinen les dades tècniques tèrmiques dels materials de construcció a partir dels quals estan fets els elements de tancament de l'edifici. A més, la reducció de la resistència a la transferència de calor i el compliment del seu valor estàndard estan subjectes a determinació.

Fórmules per fer càlculs

Les pèrdues de calor d'un habitatge es poden dividir en dues parts principals: les pèrdues a través de l'envoltant de l'edifici i les pèrdues provocades pel funcionament de l'edifici. sistema de ventilació. A més, es perd calor quan s'aboca aigua tèbia a la xarxa de clavegueram.

Pèrdues per embolcalls d'edificis

Per als materials amb què es construeixen les estructures de tancament, cal trobar el valor de l'índex de conductivitat tèrmica Kt (W/m x grau). Es troben als llibres de referència pertinents.

Ara, coneixent el gruix de les capes, segons la fórmula: R = S/Kt, calcula la resistència tèrmica de cada unitat. Si l'estructura és multicapa, es sumen tots els valors obtinguts.

La manera més senzilla de determinar la mida de les pèrdues de calor és sumant els fluxos tèrmics a través de les estructures de tancament que realment formen aquest edifici.

Guiats per aquesta metodologia, tenen en compte el fet que els materials que conformen l'estructura tenen una estructura diferent. També es té en compte que el flux de calor que els travessa té diferents especificitats.

Per a cada estructura individual, la pèrdua de calor es determina per la fórmula:

Q = (A/R) x dT

Aquí:

• A és la superfície en m².
• R és la resistència de l'estructura a la transferència de calor.
• dT és la diferència de temperatura entre l'exterior i l'interior.Cal determinar-lo per al període de 5 dies més fred.

Fent el càlcul d'aquesta manera, només podeu obtenir el resultat per al període de cinc dies més fred. La pèrdua total de calor per a tota l'estació freda es determina tenint en compte el paràmetre dT, tenint en compte no la temperatura més baixa, sinó la mitjana.

La mesura en què s'absorbeix la calor, així com la transferència de calor, depèn de la humitat del clima de la regió. Per aquest motiu, en els càlculs s'utilitzen mapes d'humitat.

A continuació, es calcula la quantitat d'energia necessària per compensar la pèrdua de calor tant per l'envoltant de l'edifici com per la ventilació. Es denota amb el símbol W.

Hi ha una fórmula per a això:

W = ((Q + Qв) x 24 x N)/1000

En ell, N és la durada del període d'escalfament en dies.

Inconvenients del càlcul d'àrea

El càlcul basat en l'indicador d'àrea no és gaire precís. Aquí no es tenen en compte paràmetres com el clima, els indicadors de temperatura, tant mínims com màxims, i la humitat. A causa d'ignorar molts punts importants, el càlcul té errors significatius.

Sovint, intentant cobrir-los, el projecte inclou una "reserva".

Si, tanmateix, s'escull aquest mètode per al càlcul, s'han de tenir en compte els següents matisos:

1. Si l'alçada de les tanques verticals és de fins a tres metres i no hi ha més de dues obertures en una superfície, és millor multiplicar el resultat per 100 W.
2. Si el projecte inclou un balcó, dues finestres o una lògia, multipliqueu per una mitjana de 125 W.
3. Quan el local és industrial o magatzem, s'utilitza un multiplicador de 150 W.
4. Si els radiadors es troben a prop de les finestres, la seva capacitat de disseny augmenta un 25%.

La fórmula de l'àrea és:

Q=S x 100 (150) W.

Aquí Q és el nivell de calor còmode de l'edifici, S és l'àrea de calefacció en m². Els números 100 o 150 són la quantitat específica d'energia tèrmica consumida per escalfar 1 m².

Pèrdues de ventilació de la casa

El paràmetre clau en aquest cas és el tipus de canvi d'aire. Sempre que les parets de la casa siguin permeables al vapor, aquest valor és igual a un.

La penetració d'aire fred a la casa es realitza mitjançant la ventilació de subministrament. La ventilació d'escapament ajuda a escapar l'aire calent. El recuperador-intercanviador de calor redueix les pèrdues per ventilació. No permet que la calor s'escapi juntament amb l'aire de sortida, i escalfa els fluxos d'aire entrants

Es preveu que l'aire de l'interior de l'edifici es renovi completament en una hora. Els edificis construïts segons l'estàndard DIN tenen parets amb barreres de vapor, per la qual cosa aquí el canvi d'aire es considera dos.

Hi ha una fórmula que determina la pèrdua de calor a través del sistema de ventilació:

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

Aquí els símbols signifiquen el següent:

1. Qv - pèrdua de calor.
2. V és el volum de l'habitació en mᶾ.
3. P és la densitat de l'aire. el seu valor es pren igual a 1,2047 kg/mᶾ.
4. Kv - taxa de canvi d'aire.
5. C és la capacitat calorífica específica. És igual a 1005 J/kg x C.

A partir dels resultats d'aquest càlcul, és possible determinar la potència del generador de calor del sistema de calefacció. Si el valor de potència és massa alt, la solució a la situació pot ser aparell de ventilació amb recuperador. Vegem alguns exemples de cases fetes amb diferents materials.

Exemple de càlcul d'enginyeria tèrmica núm. 1

Calculem un edifici residencial situat a la regió climàtica 1 (Rússia), subdistricte 1B. Totes les dades estan extretes de la taula 1 de SNiP 23-01-99. La temperatura més freda observada durant cinc dies amb una probabilitat de 0,92 és tн = -22⁰С.

D'acord amb SNiP, el període de calefacció (zop) dura 148 dies. La temperatura mitjana durant el període de calefacció amb la temperatura mitjana diària de l'aire exterior és de 8⁰ - tot = -2,3⁰. La temperatura exterior durant la temporada de calefacció és tht = -4,4⁰.

La pèrdua de calor d'una casa és el punt més important en l'etapa de disseny. L'elecció dels materials de construcció i l'aïllament depèn dels resultats del càlcul. No hi ha pèrdues zero, però cal esforçar-se perquè siguin tan convenients com sigui possible

Es va establir la condició que la temperatura a les habitacions de la casa hauria de ser de 22⁰. La casa té dues plantes i parets de 0,5 m de gruix, la seva alçada és de 7 m, les seves dimensions en planta són de 10 x 10 m. El material de les estructures verticals de tancament és ceràmica càlida. Per a això, el coeficient de conductivitat tèrmica és de 0,16 W/m x C.

Com a aïllament exterior es va utilitzar llana mineral, de 5 cm de gruix. El valor de Kt és de 0,04 W/m x C. El nombre d'obertures de finestres a la casa és de 15 peces. 2,5 m² cadascun.

Pèrdua de calor a través de les parets

En primer lloc, cal determinar la resistència tèrmica tant de la paret ceràmica com de l'aïllament. En el primer cas, R1 = 0,5: 0,16 = 3,125 metres quadrats. m x C/O. En el segon - R2 = 0,05: 0,04 = 1,25 metres quadrats. m x C/O. En general, per a un envoltant d'edifici vertical: R = R1 + R2 = 3,125 + 1,25 = 4,375 metres quadrats. m x C/O.

Com que la pèrdua de calor és directament proporcional a l'àrea de les estructures tancades, calculem l'àrea de les parets:

A = 10 x 4 x 7 – 15 x 2,5 = 242,5 m²

Ara podeu determinar la pèrdua de calor a través de les parets:

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

La pèrdua de calor a través d'estructures de tancament horitzontal es calcula de manera similar. Al final, tots els resultats es resumeixen.

Si hi ha un soterrani, la pèrdua de calor a través de la base i el sòl serà menor, ja que el càlcul implica la temperatura del sòl, no l'aire exterior.

Si s'escalfa el soterrani sota el terra del primer pis, no cal aïllar el terra. Encara és millor revestir les parets del soterrani amb aïllament perquè la calor no s'escapi a terra.

Determinació de pèrdues per ventilació

Per simplificar el càlcul, no tenen en compte el gruix de les parets, sinó que simplement determinen el volum d'aire a l'interior:

V = 10x10x7 = 700 mᶾ.

Amb una taxa de canvi d'aire de Kv = 2, la pèrdua de calor serà:

Qв = (700 x 2): 3600) x 1,2047 x 1005 x (22 – (-22)) = 20.776 W.

Si Kv = 1:

Qв = (700 x 1): 3600) x 1,2047 x 1005 x (22 – (-22)) = 10.358 W.

Els intercanviadors de calor rotatius i de plaques proporcionen una ventilació eficaç dels edificis residencials. L'eficiència del primer és més gran, arriba al 90%.

Exemple de càlcul d'enginyeria tèrmica núm. 2

Cal calcular les pèrdues a través d'una paret de maó de 51 cm de gruix, s'aïlla amb una capa de llana mineral de 10 cm. A l'exterior - 18⁰, a l'interior - 22⁰. Les dimensions del mur són de 2,7 m d'alçada i 4 m de llarg. L'únic mur exterior de la sala està orientat al sud, no hi ha portes exteriors.

Per al maó, el coeficient de conductivitat tèrmica Kt = 0,58 W/mºC, per a la llana mineral - 0,04 W/mºC. Resistència tèrmica:

R1 = 0,51: 0,58 = 0,879 metres quadrats. m x C/O. R2 = 0,1: 0,04 = 2,5 metres quadrats. m x C/O. En general, per a una embolcall d'edifici vertical: R = R1 + R2 = 0,879 + 2,5 = 3,379 metres quadrats. m x C/O.

Àrea de paret exterior A = 2,7 x 4 = 10,8 m²

Pèrdua de calor a través de la paret:

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

Per calcular les pèrdues a través de les finestres, s'utilitza la mateixa fórmula, però la seva resistència tèrmica, per regla general, s'indica al passaport i no cal calcular-la.

En l'aïllament tèrmic d'una casa, les finestres són el "baix feble". A través d'ells es perd una proporció bastant gran de calor. Les finestres de doble vidre multicapa, les pel·lícules que reflecteixen la calor, els marcs dobles reduiran les pèrdues, però fins i tot això no ajudarà a evitar la pèrdua de calor completament.

Si la casa té finestres d'estalvi energètic de 1,5 x 1,5 m², orientades al nord, i la resistència tèrmica és de 0,87 m2°C/W, les pèrdues seran:

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

Exemple de càlcul d'enginyeria tèrmica núm. 3

Realitzem un càlcul tèrmic d'un edifici de troncs de fusta amb una façana construïda amb troncs de pi amb una capa de 0,22 m de gruix, el coeficient d'aquest material és K = 0,15. En aquesta situació, la pèrdua de calor serà:

R = 0,22: 0,15 = 1,47 m² x ⁰С/W.

La temperatura més baixa del període de cinc dies és de -18⁰, per a la comoditat a la casa, la temperatura es fixa en 21⁰. La diferència serà del 39⁰. Basat en una superfície de 120 m², el resultat serà:

Qс = 120 x 39: 1,47 = 3184 W.

Per comparar, determinem les pèrdues d'una casa de maó. El coeficient del maó arenoso-calcari és de 0,72.

R = 0,22: 0,72 = 0,306 m² x ⁰С/W.
Qс = 120 x 39: 0,306 = 15.294 W.

En les mateixes condicions, una casa de fusta és més econòmica. El maó de calç no és adequat per construir parets aquí.

L'estructura de fusta té una gran capacitat calorífica. Les seves estructures de tancament mantenen una temperatura confortable durant molt de temps. Tot i així, fins i tot una casa de troncs ha d'estar aïllada i és millor fer-ho tant a l'interior com a l'exterior

Constructors i arquitectes us recomanen que ho feu càlcul de calor per a la instal·lació de calefacció per a la selecció adequada dels equips i en l'etapa de disseny de la casa per triar un sistema d'aïllament adequat.

Exemple de càlcul de calor núm. 4

La casa es construirà a la regió de Moscou. Per al càlcul, es va prendre una paret feta de blocs d'escuma. Com s'aplica l'aïllament escuma de poliestirè extruït. L'acabat de l'estructura és de guix per les dues cares. La seva estructura és calcària-sorra.

El poliestirè expandit té una densitat de 24 kg/mᶾ.

La humitat relativa de l'aire a l'habitació és del 55% a una temperatura mitjana de 20⁰. Gruix de la capa:

• guix - 0,01 m;
• formigó d'escuma - 0,2 m;
• poliestirè expandit - 0,065 m.

La tasca és trobar la resistència a la transferència de calor necessària i real. El Rtr requerit es determina substituint els valors de l'expressió:

Rtr=a x GSOP+b

on GOSP és el grau-dia de la temporada de calefacció, a i b són coeficients extrets de la taula núm. 3 del Codi de normes 50.13330.2012. Com que l'edifici és residencial, a és 0,00035, b = 1,4.

El GSOP es calcula mitjançant una fórmula extreta del mateix SP:

GOSP = (tv – tot) x zot.

En aquesta fórmula, tв = 20⁰, tot = -2,2⁰, zоt - 205 és el període d'escalfament en dies. Per tant:

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

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

Utilitzant la taula núm. 2 SP50.13330.2012, determineu els coeficients de conductivitat tèrmica per a cada capa de la paret:

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

La resistència condicional total a la transferència de calor Ro és igual a la suma de les resistències de totes les capes. Es calcula amb la fórmula:

Aquesta fórmula s'ha extret de SP 50.13330.2012. Aquí 1/av és la resistència a la percepció de calor de les superfícies internes. 1/an - el mateix que extern, δ / λ - resistència tèrmica de la capa

Substituint els valors obtenim: Rо arb. = 2,54 m2°C/W. Rф es determina multiplicant Ro per un coeficient r igual a 0,9:

Rf = 2,54 x 0,9 = 2,3 m2 x °C/W.

El resultat requereix canviar el disseny de l'element de tancament, ja que la resistència tèrmica real és menor que la calculada.

Hi ha molts serveis informàtics que agilitzen i simplifiquen els càlculs.

Els càlculs tèrmics estan directament relacionats amb la determinació punt de rosada. Aprendràs què és i com trobar-ne el significat a partir de l'article que et recomanem.

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

Realització de càlculs d'enginyeria tèrmica mitjançant una calculadora en línia:

Càlcul correcte d'enginyeria tèrmica:

Un càlcul termotècnic competent us permetrà avaluar l'eficàcia d'aïllar els elements externs de la casa i determinar la potència de l'equip de calefacció necessari.

Com a resultat, podeu estalviar diners en comprar materials i dispositius de calefacció. És millor saber per endavant si l'equip pot fer front a la calefacció i l'aire condicionat de l'edifici que comprar-ho tot a l'atzar.

Si us plau, deixeu comentaris, feu preguntes i publiqueu fotos relacionades amb el tema de l'article al bloc següent. Expliqueu-nos com els càlculs d'enginyeria tèrmica us han ajudat a triar l'equip de calefacció de la potència o el sistema d'aïllament necessari. És possible que la vostra informació sigui útil per als visitants del lloc.