Calcularea pierderilor de căldură ale unei case private cu exemple

Conținutul articolului

• Fizica proceselor de inginerie termică
• Rezistența la transferul de căldură
• Factorii care afectează pierderea de căldură
• Scheme de calcul diferențiate
• Exemplu de calcul

Pentru ca casa dvs. să nu se dovedească a fi o groapă fără fund pentru costurile de încălzire, vă sugerăm să studiați direcțiile de bază ale cercetării ingineriei termice și metodologia de calcul. Fără un calcul preliminar al permeabilității termice și acumulării de umiditate, se pierde întreaga esență a construcției de locuințe.

Fizica proceselor de inginerie termică

Diferite domenii ale fizicii au multe în comun în descrierea fenomenelor pe care le studiază. La fel este și în inginerie termică: principiile care descriu sistemele termodinamice rezonează clar cu elementele de bază ale electromagnetismului, hidrodinamicii și mecanicii clasice. Până la urmă, vorbim despre descrierea aceleiași lumi, așa că nu este surprinzător faptul că modelele proceselor fizice sunt caracterizate de unele caracteristici comune în multe domenii de cercetare..

Esența fenomenelor termice este ușor de înțeles. Temperatura unui corp sau gradul de încălzire a acestuia nu este decât o măsură a intensității vibrațiilor particulelor elementare care alcătuiesc acest corp. Evident, atunci când două particule se ciocnesc, cea cu un nivel de energie mai mare va transfera energia în particule cu energie mai mică, dar niciodată invers. Totuși, acesta nu este singurul mod de schimb de energie, transmisia este posibilă și prin quanta radiației termice. În acest caz, principiul de bază este păstrat în mod necesar: un cuant emis de un atom mai puțin încălzit nu este capabil să transfere energie într-o particulă elementară mai fierbinte. Pur și simplu se reflectă din el și fie dispare fără urmă, sau își transferă energia în alt atom cu mai puțină energie.

Termodinamica este bună, deoarece procesele care au loc în ea sunt absolut vizuale și pot fi interpretate sub pretextul diferitelor modele. Principalul lucru este să respectați postulate de bază, cum ar fi legea transferului de energie și echilibrul termodinamic. Deci, dacă ideea dvs. respectă aceste reguli, veți înțelege cu ușurință tehnica calculelor de inginerie termică de la și la.

Rezistența la transferul de căldură

Capacitatea unui material de a transfera căldura se numește conductivitate termică. În cazul general, aceasta este întotdeauna mai mare, cu atât densitatea substanței este mai mare și cu atât structura ei este mai bine adaptată pentru a transmite oscilații cinetice.

Compararea eficienței energetice a diferitelor materiale de construcție

Rezistența termică este o cantitate invers proporțională cu conductivitatea termică. Pentru fiecare material, această proprietate ia valori unice în funcție de structură, formă și o serie de alți factori. De exemplu, eficiența transferului de căldură în grosimea materialelor și în zona de contact a acestora cu alte medii poate diferi, mai ales dacă există cel puțin un strat minim de materie între materialele aflate într-o stare diferită. Rezistența termică este exprimată cantitativ ca diferența de temperatură divizată la debitul de căldură:

R_T = (T₂ – T₁) / P

Unde:

• R_T – rezistența termică a amplasamentului, K / W;
• T₂ – temperatura începutului secțiunii, K;
• T₁ – temperatura capătului secțiunii, K;
• P – flux de căldură, W.

În contextul calculului pierderilor de căldură, rezistența termică joacă un rol decisiv. Orice structură de închidere poate fi privită ca un obstacol plan-paralel în calea fluxului de căldură. Rezistența termică totală este suma rezistențelor fiecărui strat, în timp ce toate partițiile sunt adăugate la o structură spațială, care este, de fapt, o clădire.

R_T = l / (? s)

Unde:

• R_T – rezistența termică a secțiunii circuitului, K / W;
• l este lungimea secțiunii circuitului de căldură, m;
• ? – coeficientul de conductivitate termică a materialului, W / (m · K);
• S – zona secțiunii transversale a sitului, m².

Factorii care afectează pierderea de căldură

Procesele termice se corelează bine cu cele electrice: diferența de temperatură acționează în rolul tensiunii, fluxul de căldură poate fi considerat ca forța curentului, dar pentru rezistență, nici nu trebuie să inventați propriul termen. De asemenea, conceptul de cea mai mică rezistență, care apare în tehnologia de încălzire ca poduri reci, este de asemenea complet valabil..

Dacă avem în vedere un material arbitrar în secțiune, este destul de ușor să stabilim calea fluxului de căldură atât la nivel micro cât și macro. Ca prim model, vom lua un zid de beton, în care, prin necesitate tehnologică, prin fixări se realizează cu tije de oțel dintr-o secțiune arbitrară. Oțelul conduce la căldură ceva mai bine decât betonul, deci putem distinge trei fluxuri de căldură principale:

• prin beton
• prin tije de oțel
• de la bare de oțel la beton

Pierderea căldurii prin podurile reci din beton

Ultimul model de flux de căldură este cel mai interesant. Deoarece bara de oțel se încălzește mai repede, va exista o diferență de temperatură între cele două materiale mai aproape de exteriorul peretelui. Astfel, oțelul nu doar „pompează” căldura în sine, ci crește și conductivitatea termică a maselor adiacente de beton.

În mediile poroase, procesele termice se desfășoară într-un mod similar. Aproape toate materialele de construcție constau dintr-o pânză ramificată de solide, spațiul dintre care este umplut cu aer. Astfel, principalul conductor al căldurii este un material solid, dens, dar datorită structurii complexe, calea pe care se propagă căldura se dovedește a fi mai mare decât secțiunea transversală. Astfel, cel de-al doilea factor care determină rezistența termică este eterogenitatea fiecărui strat și a plicului de construcție în ansamblu..

Reducerea pierderilor de căldură și schimbarea punctului de rouă în izolație cu izolarea exterioară a pereților

Al treilea factor care afectează conductivitatea termică este acumularea de umiditate în pori. Apa are o rezistență termică de 20-25 de ori mai mică decât cea a aerului, așa că dacă umple porii, conductivitatea termică totală a materialului devine chiar mai mare decât dacă nu ar exista deloc pori. Când apa îngheață, situația devine și mai gravă: conductivitatea termică poate crește până la 80 de ori. Sursa de umiditate este de obicei aerul din încăpere și precipitațiile atmosferice. În consecință, cele trei metode principale de abordare a acestui fenomen sunt hidroizolarea exterioară a pereților, utilizarea protecției împotriva aburului și calculul acumulării de umiditate, care este în mod necesar efectuată în paralel cu prezicerea pierderilor de căldură..

Scheme de calcul diferențiate

Cea mai simplă modalitate de a stabili cantitatea de pierdere de căldură într-o clădire este de a însuma valorile fluxului de căldură prin structurile care constituie clădirea. Această tehnică ține cont pe deplin de diferența de structură a diferitelor materiale, precum și de specificul fluxului de căldură prin ele și în nodurile abutmentului de la un plan la altul. O astfel de abordare dicotomică simplifică foarte mult sarcina, deoarece diferite structuri de închidere pot diferi semnificativ în proiectarea sistemelor de protecție termică. În consecință, cu un studiu separat, este mai ușor să se determine cantitatea de pierdere de căldură, deoarece pentru aceasta sunt prevăzute diferite metode de calcul:

• Pentru pereți, scurgerile de căldură sunt cantitative egale cu suprafața totală înmulțită cu raportul dintre diferența de temperatură și rezistența termică. În acest caz, trebuie să se țină seama de orientarea pereților către punctele cardinale pentru a ține cont de încălzirea lor în timpul zilei, precum și de lovirea structurilor de construcție.
• Pentru etaje, tehnica este aceeași, dar are în vedere prezența spațiului mansardei și modul său de funcționare. De asemenea, temperatura camerei este luată ca o valoare cu 3-5 ° C mai mare, umiditatea calculată este de asemenea crescută cu 5-10%.
• Pierderea de căldură prin podea este calculată zonal, descriind centurile de-a lungul perimetrului clădirii. Acest lucru se datorează faptului că temperatura solului de sub podea este mai mare în centrul clădirii în comparație cu partea de fundație.
• Fluxul de căldură prin geamuri este determinat de datele de pașaport ale ferestrelor, trebuie să luați în considerare, de asemenea, tipul de capăt al ferestrelor la pereți și adâncimea versanților.

Q = S (?T / R_T)

Unde:

• Q – pierdere de căldură, W;
• S – zona peretelui, m²;
• ?T – diferența de temperatură în interior și în afara camerei, ° С;
• R_T – rezistența la transferul de căldură, m²° С / W.

Exemplu de calcul

Înainte de a trece la exemplul demonstrativ, să răspundem la ultima întrebare: cum să calculăm corect rezistența termică integrală a structurilor complexe multistrat? Desigur, acest lucru poate fi realizat manual, deoarece nu există multe tipuri de baze portante și sisteme de izolare utilizate în construcțiile moderne. Cu toate acestea, este destul de dificil să se țină seama de prezența finisajelor decorative, tencuieli interioare și fațade, precum și influența tuturor tranzitorilor și a altor factori, este mai bine să se utilizeze calcule automate. Una dintre cele mai bune resurse de rețea pentru astfel de sarcini este smartcalc.ru, care în plus desenează o diagramă de schimbare a punctului de rouă în funcție de condițiile climatice.

De exemplu, să luăm o clădire arbitrară, după ce am studiat descrierea căruia cititorul va putea judeca setul de date inițiale necesare calculului. Există o casă cu un etaj cu o formă dreptunghiulară regulată, cu dimensiunile de 8,5×10 m și înălțimea plafonului de 3,1 m, situată în regiunea Leningrad. Casa are o pardoseală neizolată la sol cu ​​plăci pe bușteni cu un decalaj de aer, înălțimea podelei este cu 0,15 m mai mare decât marcajul de amenajare a terenului de pe șantier. Material pentru perete – zgură monolit de 42 cm grosime cu tencuială internă de ciment-var până la 30 mm grosime și tencuială de zgură exterioară de tip „strat de blană” de până la 50 mm grosime. Suprafața totală a geamurilor – 9,5 m², ca ferestre a fost utilizată o unitate cu geam dublu, cu profil de economisire a căldurii, cu o rezistență termică medie de 0,32 m²° С / W Suprapunerea se face pe grinzi de lemn: partea inferioară este tencuită de-a lungul șindrilelor, umplută cu zgură cuptor și acoperită cu șapă de lut în partea de sus, deasupra tavanului se află o mansardă de tip rece. Sarcina calculării pierderilor de căldură este formarea unui sistem de protecție termică a pereților.

Podea

Primul pas este de a determina pierderea de căldură prin podea. Deoarece ponderea lor în fluxul total de căldură este cea mai mică și, de asemenea, datorită unui număr mare de variabile (densitatea și tipul de sol, adâncimea de îngheț, masivitatea fundației etc.), calculul pierderii de căldură se realizează conform unei metode simplificate folosind rezistența redusă la transferul de căldură. De-a lungul perimetrului clădirii, pornind de la linia de contact cu suprafața solului, sunt descrise patru zone – dungi care înconjoară 2 metri lățime. Pentru fiecare dintre zone, se ia valoarea proprie a rezistenței reduse la transferul de căldură. În cazul nostru, există trei zone cu o suprafață de 74, 26 și 1 m². Nu vă confundați cu suma totală a suprafețelor zonelor, care este mai mare decât suprafața clădirii cu 16 m², motivul pentru aceasta este dubla recalculare a benzilor de intersecție din prima zonă din colțuri, unde pierderea de căldură este mult mai mare decât secțiunile de-a lungul pereților. Aplicarea unor valori de rezistență la transfer de căldură de 2,1, 4,3 și 8,6 m²° С / W pentru zonele unu-trei, determinăm fluxul de căldură prin fiecare zonă: 1,23, 0,21 și, respectiv, 0,05 kW.

pereţi

Folosind datele terenului, precum și materialele și grosimea straturilor care formează pereții, trebuie să completați câmpurile corespunzătoare din serviciul smartcalc.ru menționat mai sus. Conform rezultatelor calculului, rezistența la transferul de căldură este egală cu 1,13 m²° С / W, iar fluxul de căldură prin perete este de 18,48 W pe metru pătrat. Cu o suprafață totală de perete (cu excepția vitrajului) de 105,2 m² pierderea totală de căldură prin pereți este de 1,95 kW / h. În acest caz, pierderea de căldură prin ferestre va fi de 1,05 kW.

Suprapunere și acoperiș

Calculul pierderilor de căldură prin podeaua mansardă poate fi, de asemenea, efectuat în calculatorul online prin selectarea tipului dorit de structuri de închidere. Drept urmare, rezistența la pardoseală la transferul de căldură este de 0,66 m²° С / W, iar pierderea de căldură este de 31,6 W pe metru pătrat, adică 2,7 kW din întreaga suprafață a structurii împrejmuitoare.

Pierderea totală de căldură totală conform calculelor este de 7,2 kWh. Cu o calitate suficient de scăzută a structurilor de construcții, acest indicator este în mod evident mult mai mic decât cel real. De fapt, un astfel de calcul este idealizat, nu ține cont de coeficienții speciali, fluxul de aer, componenta de convecție a transferului de căldură, pierderile prin ventilație și ușile de intrare. De fapt, datorită instalării de ferestre de calitate slabă, lipsei de protecție la capătul acoperișului către Mauerlat și impermeabilizarea deficitară a pereților de la fundație, pierderea reală de căldură poate fi de 2 sau chiar de 3 ori mai mare decât cea calculată. Cu toate acestea, chiar și studii de bază în domeniul ingineriei căldurii ajută la determinarea dacă structurile unei case în construcție vor îndeplini standardele sanitare cel puțin la prima aproximare..

Pierderea de căldură acasă

În cele din urmă, vom oferi o recomandare importantă: dacă doriți cu adevărat să înțelegeți în totalitate fizica termică a unei clădiri, trebuie să utilizați o înțelegere a principiilor descrise în această recenzie și în literatura de specialitate. De exemplu, cartea de referință a Elenei Malyavina „Pierderea de căldură a unei clădiri” poate fi un ajutor foarte bun în această problemă, unde specificitatea proceselor de inginerie termică este explicată în detaliu, se oferă legături la documentele de reglementare necesare, precum și exemple de calcule și toate informațiile de referință necesare..

Intrări similare:

1. Pompa de caldura – pentru incalzire luam caldura de pe planeta Pamant Conținutul articolului Istoric pompa de caldura Proiectarea și principiul funcționării pompei de căldură Tipuri de colectoare de căldură pentru pompe de căldură La sfarsit În acest articol: Istoria pompei de căldură...
2. Subsolul unei case private: opțiuni de finisare cu exemple foto În general, plinta nu poate fi evidențiată deloc pe fațadă, folosind un material, de exemplu, plajarea din plastic, care este populară astăzi, sau cărămidă de finisare. Dacă subsolul este scăzut, nu...
3. Brazier cu o căldură: fotografii și exemple O opțiune foarte simplă. Este mai ușor doar să faci un brazier cu o căldură dintr-o țeavă sau un butoi de fier, așa cum am vorbit deja. Între timp, prețul unui...
4. Caracteristici ale construcției și izolării unei case private din blocuri de beton expandat Conținutul articolului Îndepărtarea podurilor reci Caracteristici vitrine Sisteme ventilate suspendate Izolație termică pentru o fațadă umedă Căptușeală din casă de cărămidă Separarea stratului de izolare În ciuda performanțelor ridicate de economisire...

Citește mai mult  Ecohouse cu necesități minime de încălzire