Výpočet tepelných strát v súkromnom dome s príkladmi

Obsah článku

• Fyzika procesov tepelného inžinierstva
• Koncept odolnosti proti prenosu tepla
• Faktory ovplyvňujúce tepelné straty
• Diferencované výpočtové schémy
• Príklad výpočtu

Aby sa váš dom nestal priekopou na vykurovacie náklady, odporúčame vám študovať základné smery výskumu tepelnej techniky a metodiku výpočtu. Bez predbežného výpočtu tepelnej priepustnosti a akumulácie vlhkosti sa stráca celá podstata bytovej konštrukcie.

Fyzika procesov tepelného inžinierstva

Rôzne oblasti fyziky majú veľa spoločného pri popisovaní javov, ktoré študujú. Je to tak v tepelnom inžinierstve: princípy popisujúce termodynamické systémy jasne rezonujú so základmi elektromagnetizmu, hydrodynamiky a klasickej mechaniky. Koniec koncov, hovoríme o popisovaní toho istého sveta, takže nie je prekvapujúce, že modely fyzikálnych procesov sa vyznačujú niektorými spoločnými črtami v mnohých oblastiach výskumu..

Podstata tepelných javov je ľahko pochopiteľná. Teplota telesa alebo stupeň jeho zahrievania nie je nič iné ako miera intenzity vibrácií elementárnych častíc, ktoré tvoria toto teleso. Je zrejmé, že keď sa zrazia dve častice, jedna s vyššou úrovňou energie prenesie energiu na časticu s nižšou energiou, nikdy však naopak. Toto však nie je jediný spôsob výmeny energie, prenos je možný aj prostredníctvom kvantity tepelného žiarenia. V tomto prípade je nevyhnutne zachovaný základný princíp: kvantum emitované menej zahriatym atómom nie je schopné preniesť energiu na horúcu elementárnu časticu. Jednoducho sa od neho odráža a buď zmizne bez stopy, alebo prenesie svoju energiu na iný atóm s menšou energiou.

Termodynamika je dobrá, pretože procesy, ktoré sa v nej vyskytujú, sú úplne vizuálne a možno ich interpretovať pod zámienkou rôznych modelov. Hlavné je dodržiavať základné postuláty, ako je zákon o prenose energie a termodynamická rovnováha. Ak je vaša myšlienka v súlade s týmito pravidlami, ľahko pochopíte techniku ​​výpočtov tepelného inžinierstva od a do.

Koncept odolnosti proti prenosu tepla

Schopnosť materiálu prenášať teplo sa nazýva tepelná vodivosť. Vo všeobecnosti je vždy vyššia, čím vyššia je hustota látky a tým lepšia je jej štruktúra na prenos kinetických kmitov..

Porovnanie energetickej účinnosti rôznych stavebných materiálov

Tepelný odpor je množstvo nepriamo úmerné tepelnej vodivosti. Pre každý materiál nadobúda táto vlastnosť jedinečné hodnoty v závislosti od štruktúry, tvaru a množstva ďalších faktorov. Napríklad účinnosť prenosu tepla v hrúbke materiálov a v oblasti ich kontaktu s inými médiami sa môže líšiť, najmä ak medzi materiálmi je aspoň minimálna vrstva materiálu v rôznom agregovanom stave. Tepelný odpor sa kvantitatívne vyjadruje ako teplotný rozdiel vydelený prietokom tepla:

R_T = (T₂ – T₁) / P

Kde:

• R_T – tepelný odpor miesta, K / W;
• T₂ – teplota začiatku úseku, K;
• T₁ – teplota konca úseku, K;
• P – tepelný tok, W.

V súvislosti s výpočtom tepelných strát zohráva rozhodujúcu úlohu tepelný odpor. Akákoľvek uzatváracia štruktúra môže byť predstavovaná ako rovinná rovnobežná prekážka v ceste tepelného toku. Jeho celkový tepelný odpor je súčtom odporov každej vrstvy, zatiaľ čo všetky priečky sa pripočítavajú k priestorovej štruktúre, ktorá je v skutočnosti budovou.

R_T = l / (? S)

Kde:

• R_T – tepelný odpor časti obvodu K / W;
• l je dĺžka úseku tepelného okruhu, m;
• ? – koeficient tepelnej vodivosti materiálu, W / (m · K);
• S – prierezová plocha areálu, m².

Faktory ovplyvňujúce tepelné straty

Tepelné procesy korelujú dobre s elektrickými: teplotný rozdiel pôsobí v úlohe napätia, tepelný tok možno považovať za silu prúdu, ale kvôli odporu nemusíte vymýšľať ani svoj vlastný termín. Úplne platí aj koncepcia najmenšieho odporu, ktorá sa v tepelnej technike vyskytuje ako studené mosty..

Ak vezmeme do úvahy ľubovoľný materiál v reze, je celkom ľahké určiť cestu toku tepla na mikroúrovni aj na makroúrovni. Ako prvý model zoberieme betónovú stenu, v ktorej sú technologicky nevyhnutné upevňovacie prvky vyrobené z oceľových tyčí ľubovoľného profilu. Oceľ vedie teplo o niečo lepšie ako betón, takže môžeme rozlíšiť tri hlavné toky tepla:

• hrúbkou betónu
• cez oceľové tyče
• od oceľových tyčí po betón

Tepelné straty cez studené mosty v betóne

Najzaujímavejší je posledný model tepelného toku. Pretože oceľová tyč sa zahrieva rýchlejšie, bude medzi týmito dvoma materiálmi bližšie k vonkajšej strane steny teplotný rozdiel. Oceľ nielenže „pumpuje“ teplo von, ale tiež zvyšuje tepelnú vodivosť priľahlých hmôt betónu.

V poréznych médiách prebiehajú tepelné procesy podobným spôsobom. Takmer všetky stavebné materiály pozostávajú z rozvetveného pásu pevnej látky, ktorého priestor je medzi nimi vyplnený vzduchom. Pevný, hustý materiál teda slúži ako hlavný vodič tepla, ale vzhľadom na jeho zložitú štruktúru sa cesta, po ktorej sa šíri teplo, javí väčšia ako prierez. Teda druhým faktorom, ktorý určuje tepelný odpor, je heterogenita každej vrstvy a uzatváracej štruktúry ako celku..

Zníženie tepelných strát a presun rosného bodu do izolácie vonkajšou izoláciou steny

Tretím faktorom ovplyvňujúcim tepelnú vodivosť je akumulácia vlhkosti v póroch. Voda má tepelný odpor 20 – 25 krát nižší ako odpor vzduchu, takže ak vyplňuje póry, celková tepelná vodivosť materiálu sa stáva dokonca ešte vyššia, ako keby póry vôbec neexistovali. Ak voda zamrzne, situácia sa ešte zhorší: tepelná vodivosť sa môže zvýšiť až 80-krát. Zdrojom vlhkosti je zvyčajne vzduch v miestnosti a atmosférické zrážky. V súlade s tým sú tromi hlavnými spôsobmi riešenia tohto javu vonkajšia hydroizolácia stien, použitie ochrany pary a výpočet akumulácie vlhkosti, čo sa nevyhnutne uskutočňuje súbežne s predpovedaním tepelných strát..

Diferencované výpočtové schémy

Najjednoduchší spôsob stanovenia množstva tepelných strát v budove je spočítať tok tepla cez štruktúry, ktoré tvoria budovu. Táto technika plne zohľadňuje rozdiel v štruktúre rôznych materiálov, ako aj špecifickosť tepelného toku cez ne a v uzloch podpery z jednej roviny do druhej. Tento dichotomický prístup túto úlohu značne zjednodušuje, pretože rôzne uzatváracie štruktúry sa môžu výrazne odlišovať pri navrhovaní systémov tepelnej ochrany. V súlade so samostatnou štúdiou je preto ľahšie určiť mieru tepelných strát, pretože na tento účel existujú rôzne metódy výpočtu:

• V prípade stien sa úniky tepla kvantitatívne rovnajú celkovej ploche vynásobenej pomerom teplotného rozdielu a tepelného odporu. V tomto prípade sa musí zohľadniť orientácia stien na svetové strany, aby sa zohľadnilo ich vykurovanie vo dne, ako aj vyfukovacia kapacita stavebných štruktúr..
• V prípade podláh je táto technika rovnaká, ale berie do úvahy prítomnosť podkrovného priestoru a spôsob jeho fungovania. Teplota miestnosti sa tiež berie ako hodnota vyššia o 3 – 5 ° C, vypočítaná vlhkosť sa tiež zvýši o 5 až 10%..
• Tepelné straty cez podlahu sa vypočítavajú zonálne a opisujú pásy po obvode budovy. Dôvodom je skutočnosť, že teplota pôdy pod podlahou je v porovnaní s nadáciou vyššia v strede budovy..
• Prietok tepla cez zasklenie je určený údajmi o cestovných pasoch okien, je potrebné zohľadniť aj druh podpery okien k stenám a hĺbku svahov..

Q = S (?T / R_T)

Kde:

• Q – tepelné straty, W;
• S – plocha steny, m²;
• ?T – teplotný rozdiel vo vnútri a mimo miestnosti, ° С;
• R_T – odolnosť proti prenosu tepla, m²° W / W.

Príklad výpočtu

Predtým, ako prejdeme na ukážkový príklad, odpovedzme na poslednú otázku: ako správne vypočítať integrálny tepelný odpor zložitých viacvrstvových štruktúr? Toto je samozrejme možné vykonať manuálne, pretože v modernej stavbe sa nenachádza veľa typov nosných podstavcov a izolačných systémov. Je však dosť ťažké brať do úvahy prítomnosť dekoratívnych povrchových úprav, interiérových a fasádnych omietok, ako aj vplyv všetkých prechodných a iných faktorov, je lepšie používať automatizované výpočty. Jedným z najlepších sieťových zdrojov pre takéto úlohy je smartcalc.ru, ktorý navyše vykresľuje schému rosného bodu v závislosti od klimatických podmienok..

Vezmime si napríklad ľubovoľnú budovu po preskúmaní popisu, ktorý bude čitateľ schopný posúdiť množinu počiatočných údajov potrebných na výpočet. V regióne Leningrad sa nachádza jednoposchodový dom pravidelného pravouhlého tvaru s rozmermi 8,5 x 10 ma výškou stropu 3,1 m. Dom má neizolovanú podlahu na zemi s doskami na klátiky so vzduchovou medzerou, výška podlahy je o 0,15 m vyššia ako je značka na zemi. Materiál steny – troskový monolit s hrúbkou 42 cm s vnútornou cemento-vápennou omietkou do 30 mm a vonkajšia troskovo-cementová omietka typu „kožušina“ do hrúbky 50 mm. Celková plocha zasklenia – 9,5 m², ako okná boli použité jednotky s dvojitým zasklením v tepelne úspornom profile s priemerným tepelným odporom 0,32 m²° С / W. Prekrytie sa vykonáva na drevených trámoch: dno je omietnuté pozdĺž šindľov, je vyplnené vysokopecnou troskou a na vrchu je pokrytý ílovým poterom, nad stropom je podkrovie studeného typu. Úlohou výpočtu tepelných strát je vytvorenie systému tepelnej ochrany steny.

podlaha

Prvým krokom je stanovenie tepelných strát cez podlahu. Pretože ich podiel na celkovom odtoke tepla je najmenší a tiež z dôvodu veľkého počtu premenných (hustota a typ pôdy, hĺbka mrazu, masivita základu atď.), Výpočet tepelných strát sa vykonáva zjednodušenou metódou s použitím zníženého odporu proti prestupu tepla. Po obvode budovy, počínajúc od čiary dotyku s zemským povrchom, sú opísané štyri zóny – obopínajúce pásy široké 2 metre. Pre každú zónu sa berie jej vlastná hodnota zníženého odporu proti prestupu tepla. V našom prípade existujú tri zóny s rozlohou 74, 26 a 1 m². Nenechajte sa zamieňať s celkovým súčtom plôch zón, čo je viac ako plocha budovy o 16 m², dôvodom je dvojité prepočítanie priesečníkov prúžkov prvej zóny v rohoch, kde je tepelná strata oveľa vyššia v porovnaní s úsekmi pozdĺž stien. Použitie hodnôt odporu proti prestupu tepla 2,1, 4,3 a 8,6 m²° С / W pre zóny jedna až tri, stanovujeme tepelný tok cez každú zónu: 1,23, 0,21 a 0,05 kW, v danom poradí.

steny

Pomocou údajov o teréne, ako aj materiálov a hrúbky vrstiev, ktoré tvoria steny, musíte vyplniť príslušné polia vyššie uvedenej služby smartcalc.ru. Podľa výsledkov výpočtu sa ukázalo, že odpor prenosu tepla sa rovná 1,13 m²° W / W a tepelný tok stenou je 18,48 W na meter štvorcový. S celkovou plochou steny (okrem zasklenia) 105,2 m² celková tepelná strata stenami je 1,95 kWh. V takom prípade bude tepelná strata oknami 1,05 kW.

Prekrytie a strecha

Výpočet tepelných strát v podkroví sa dá vykonať aj v online kalkulačke výberom požadovaného typu uzatváracích štruktúr. V dôsledku toho je podlahová odolnosť proti prenosu tepla 0,66 m²° С / W a tepelné straty sú 31,6 W na meter štvorcový, to znamená, 2,7 kW z celej plochy obklopujúcej konštrukcie.

Celková tepelná strata podľa výpočtov je 7,2 kWh. Pri dostatočne nízkej kvalite stavebných štruktúr je toto číslo evidentne oveľa nižšie ako skutočné. V skutočnosti je taký výpočet idealizovaný, nezohľadňuje špeciálne koeficienty, prúdenie vzduchu, konvekčnú zložku prenosu tepla, straty spôsobené vetraním a vstupnými dverami. Skutočne, v dôsledku nekvalitnej inštalácie okien, nedostatočnej ochrany pri dosadnutí strechy na Mauerlat a zlej hydroizolácie stien od základu môžu byť skutočné tepelné straty 2 až 3-krát vyššie ako vypočítaná. Napriek tomu aj základné štúdie tepelného inžinierstva pomáhajú určiť, či konštrukcie domu vo výstavbe budú spĺňať hygienické normy aspoň v prvej aproximácii..

Strata tepla doma

Nakoniec uvedieme jedno dôležité odporúčanie: ak naozaj chcete získať úplné pochopenie tepelnej fyziky konkrétnej budovy, musíte použiť pochopenie zásad opísaných v tomto prehľade a odbornej literatúre. Napríklad v tejto veci môže veľmi dobre pomôcť referenčná kniha Eleny Malyaviny „Tepelné straty budovy“, kde sa podrobne vysvetľuje špecifickosť procesov tepelného inžinierstva, uvádzajú sa odkazy na potrebné regulačné dokumenty, ako aj príklady výpočtov a všetky potrebné referenčné informácie..