Épület hőtechnikai számítása: a számítások sajátosságai és képletei + gyakorlati példák

Az épület üzemeltetése során nem kívánatos sem a túlmelegedés, sem a fagyás. Az arany középút meghatározását a hőtechnikai számítás teszi lehetővé, amely nem kevésbé fontos, mint a gazdaságosság, a szilárdság, a tűzállóság és a tartósság számítása.

A hőtechnikai normák, az éghajlati jellemzők, a pára- és nedvességáteresztő képesség alapján történik a határoló szerkezetek anyagainak kiválasztása. A cikkben megvizsgáljuk, hogyan kell ezt a számítást elvégezni.

A hőtechnikai számítás célja

Sok múlik az épület fő határoló szerkezeteinek hőtechnikai jellemzőin. Ez magában foglalja a szerkezeti elemek nedvességtartalmát és a hőmérsékleti mutatókat, amelyek befolyásolják a páralecsapódás jelenlétét vagy hiányát a belső válaszfalakon és födémeken.

A számítás megmutatja, hogy a stabil hőmérsékleti és páratartalom-jellemzők fenntarthatók-e pozitív és negatív hőmérsékleten egyaránt. E jellemzők listájába beletartozik az a mutató is, mint az épület határoló szerkezetei által a hideg időszakban elvesztett hőmennyiség.

Nem kezdhető el a tervezés az összes adat ismerete nélkül. Ezekre támaszkodva választják ki a falak és födémek vastagságát, valamint a rétegek sorrendjét.

A GOST 30494-96 előírásai szerint a belső terek hőmérsékleti értékei. Átlagosan 21⁰. Emellett a relatív páratartalomnak kényelmes tartományban kell lennie, ami átlagosan 37%. A levegő maximális áramlási sebessége 0,15 m/s.

A hőtechnikai számítás célja a következők meghatározása:

1. A szerkezetek hővédelmi szempontból megfelelnek-e a megadott követelményeknek?
2. Milyen mértékben biztosított a kényelmes mikroklíma az épület belsejében?
3. Biztosított-e a szerkezetek optimális hővédelme?

Az alapelv a határoló szerkezetek belső felületei és a helyiségek közötti hőmérsékletkülönbség egyensúlyának fenntartása. Ha ezt nem tartják be, ezek a felületek elnyelik a hőt, és a belső hőmérséklet nagyon alacsony marad.

A belső hőmérsékletet nem befolyásolhatják jelentősen a hőáram változásai. Ezt a jellemzőt hőállóságnak nevezik.

A hőszámítás elvégzésével meghatározzák a falak és födémek vastagságának optimális határait (minimum és maximum). Ez garantálja az épület hosszú távú üzemeltetését anélkül, hogy a szerkezetek extrém mértékben átfagynának vagy túlmelegednének.

A számítások elvégzéséhez szükséges paraméterek

A hőszámítás elvégzéséhez kiindulási paraméterek szükségesek.

Ezek számos jellemzőtől függenek:

1. Az épület rendeltetésétől és típusától.
2. A függőleges határolószerkezetek tájolásától az égtájakhoz képest.
3. A leendő ház földrajzi paramétereitől.
4. Az épület térfogatától, emeleteinek számától, területétől.
5. Az ajtó- és ablaknyílások típusától és méretadataitól.
6. A fűtés típusától és műszaki paramétereitől.
7. Az állandó lakók számától.
8. A függőleges és vízszintes határolószerkezetek anyagától.
9. A legfelső emelet födémétől.
10. A melegvíz-ellátással való felszereltségtől.
11. A szellőzés típusától.

A számítás során az épület egyéb szerkezeti sajátosságait is figyelembe veszik. A határolószerkezetek légáteresztő képessége nem okozhatja a házon belüli túlzott hűlést, és nem csökkentheti az elemek hővédő tulajdonságait.

Hőveszteséget okoz a falak túlzott nedvességtartalma is, emellett ez penészesedéshez vezet, ami hátrányosan befolyásolja az épület tartósságát.

A számítás során először a határolóelemek készítéséhez használt építőanyagok hőtechnikai adatait határozzák meg. Ezenkívül meg kell határozni a hőátbocsátás csökkentett ellenállását és annak a normatív értékhez való igazodását.

A számítás elvégzéséhez szükséges képletek

A ház által elvesztett hőszivárgás két fő részre osztható: a határolószerkezeteken keresztüli hőveszteségekre és a szellőzőrendszer működése által okozott veszteségekre. Ezenkívül a meleg víz csatornarendszerbe való engedésekor is hőveszteség keletkezik.

Hőveszteség a határoló szerkezeteken keresztül

A határolószerkezetek anyagainak hővezetési tényezőjének (Kt) értékét (W/m×°C) meg kell találni. Ezek a megfelelő kézikönyvekben találhatók.

Most, a rétegek vastagságának ismeretében a R = S/Kt képlettel kiszámítják az egyes egységek hőellenállását. Ha a szerkezet többrétegű, az összes kapott értéket összeadják.

A hőveszteségek mértékét a legegyszerűbben a határolószerkezeteken áthaladó hőáramok összeadásával lehet meghatározni, amely szerkezetek magát az épületet alkotják.

Az ilyen módszert követve figyelembe veszik, hogy a szerkezeteket alkotó anyagok eltérő szerkezetűek. Azt is figyelembe veszik, hogy a rajtuk áthaladó hőáram eltérő jellemzőkkel rendelkezik.

Minden egyes szerkezet hőveszteségét a következő képlettel határozzák meg:

Q = (A / R) × dT

Itt:

• A – a felület m²-ben.
• R – a szerkezet hőátbocsátási ellenállása.
• dT – a külső és belső hőmérséklet közötti különbség. Ezt a leghidegebb 5 napos időszakra kell meghatározni.

Ilyen módon számolva csak a leghidegebb ötnapos időszakra kaphatunk eredményt. A teljes hideg évszak összes hőveszteségét a dTa paraméter figyelembevételével határozzák meg, amely nem a legalacsonyabb, hanem az átlaghőmérsékletet veszi figyelembe.

A hő felszívódásának mértéke, valamint a hőleadás függ a régió klímájának páratartalmától. Emiatt a számításoknál páratartalom-térképeket használnak.

Ezután kiszámítják az energia mennyiségét, amely szükséges a burkoló szerkezeteken és a szellőzésen keresztül távozó hőveszteségek kompenzálásához. Ezt a W szimbólummal jelöljük.

Ehhez van egy képlet:

W = ((Q + Qv) x 24 x N)/1000

Abban az N a fűtési időszak hosszát jelenti napokban.

A terület alapú számítás hátrányai

A négyzetméter-alapú számítás nem különösen pontos. Nem veszi figyelembe az olyan paramétereket, mint az éghajlat, a minimális és maximális hőmérsékleti értékek, valamint a páratartalom. Mivel számos fontos tényezőt figyelmen kívül hagy, a számítás jelentős hibákat tartalmaz.

Gyakran, hogy fedezzék őket, a projektben „tartalékot” irányoznak elő.

Ha mégis ezt a módszert választja a számításhoz, akkor a következő részleteket kell figyelembe vennie.

1. Ha a függőleges korlátok magassága legfeljebb három méter, és egy felületen legfeljebb két nyílás található, az eredményt ajánlatos 100 W-tal megszorozni.
2. Ha a projektben erkély, két ablak vagy loggia van, akkor átlagosan 125 wattal kell szorozni.
3. Amikor a helyiségek ipari vagy raktári jellegűek, alkalmazzák az 150 W-os szorzót.
4. Amennyiben a radiátorok az ablakok közelében helyezkednek el, a tervezési teljesítményüket 25%-kal növelik.

A terület képlete a következő:

Q=S x 100 (150) W.

Itt Q az épület kényelmes hőszintje, S a fűtött terület m²-ben. A 100 vagy 150 számok az 1 m² fűtéséhez felhasznált fajlagos hőenergia mennyiségét jelölik.

Hőveszteség a ház szellőzésén keresztül

Ebben az esetben a kulcsparaméter a levegőcsere-szám. Feltéve, hogy a ház falai páraáteresztőek, ez az érték egy.

A hideg levegő bejutása a házba a befúvó szellőztetésen keresztül történik. Az elszívó szellőztetés elősegíti a meleg levegő távozását. A rekuperátor-hőcserélő csökkenti a szellőztetésből származó hőveszteséget. Ez nem engedi, hogy a hő a kilépő levegővel együtt távozzon, a beáramló légáramokat pedig felmelegíti.

Az épületben a levegő teljes cseréje egy óra alatt történik meg. A DIN szabvány szerint épült épületek falai párazáró réteggel rendelkeznek, ezért itt a levegőcsere-számot kettőnek tekintik.

Van egy képlet, amely alapján meghatározhatók a szellőzőrendszeren keresztüli hőveszteségek:

Qv = (V x Kv : 3600) x R x S x dT

A szimbólumok itt a következőket jelölik:

1. Qv – hőveszteség.
2. V — a szoba térfogata mᶾ-ben.
3. R a levegő sűrűsége, értéke 1,2047 kg/mᶾ.
4. Kv — légcsere-szám.
5. C a fajhő. Ez egyenlő 1005 J/(kg·°C).

Ennek a számításnak az eredményei alapján meghatározható a fűtési rendszer hőtermelőjének teljesítménye. Ha a teljesítményérték túl magas, a megoldást egy rekuperátoros szellőzőberendezés jelenthet. Vegyünk néhány példát különböző anyagokból épült házakra.

1. számú hőtechnikai számítási példa

Számítsunk ki egy lakóépületet, amely az 1. éghajlati körzetben (Oroszország), 1V alrégióban található. Minden adat az SNiP 23-01-99 1. táblázatából származik. A leghidegebb hőmérséklet, amely öt napon keresztül 0,92-es biztonsággal megfigyelhető: tn = -22⁰C.

Az SNiP szerint a fűtési időszak (zop) 148 napig tart. A fűtési időszak átlaghőmérséklete a napi középhőmérséklet 8⁰C-os küszöbértéke mellett tot = -2,3⁰C. A külső hőmérséklet a fűtési szezonban tht = -4,4⁰C.

A ház hővesztesége a tervezési szakasz legfontosabb szempontja. A számítás eredményétől függ az építőanyagok és a szigetelés kiválasztása is. Nulla veszteség nem létezik, de törekedni kell arra, hogy a lehető legcélszerűbbek legyenek.

A feltétel szerint a ház helyiségeiben 22⁰C hőmérsékletet kell biztosítani. A ház kétszintes, falvastagsága 0,5 m. Magassága 7 m, alaprajzi méretei 10 × 10 m. A függőleges határolószerkezetek anyaga meleg kerámia. Ennek hővezetési tényezője 0,16 W/m×°C.

Külső szigetelésként 5 cm vastag ásványgyapotot használtak. Ennek Kt értéke 0,04 W/m×°C. A házban 15 db 2,5 m²-es ablaknyílás található.

Hőveszteség a falakon keresztül

Először is meg kell határozni a kerámiafal és a szigetelés hőellenállását. Az első esetben R1 = 0,5 : 0,16 = 3,125 m²·°C/W. A második esetben R2 = 0,05 : 0,04 = 1,25 m²·°C/W. A függőleges határolószerkezet összesített hőellenállása: R = R1 + R2 = 3,125 + 1,25 = 4,375 m²·°C/W.

Mivel a hőveszteség egyenesen arányos a határolószerkezetek területével, számítsuk ki a falak területét:

A = 10 × 4 × 7 – 15 × 2,5 = 242,5 m²

Most meghatározhatjuk a hőveszteséget a falakon keresztül:

Qs = (242,5 : 4,375) × (22 – (–22)) = 2438,9 W.

A hőveszteséget a vízszintes határolószerkezeteken keresztül hasonlóan számítják ki. Végül az összes eredményt összegzik.

Ha van pince, akkor az alapozáson és a padlón keresztüli hőveszteség kisebb lesz, mivel a számításnál a talajhőmérsékletet veszik figyelembe, nem a külső levegő hőmérsékletét.

Ha a földszinti padló alatti pince fűtött, a padlót nem kell szigetelni. A pince falait azonban jobb hőszigetelő anyaggal burkolni, hogy a hő ne távozzon a talajba.

A szellőzésen keresztüli veszteségek meghatározása

A számítás egyszerűsítése érdekében nem veszik figyelembe a falak vastagságát, hanem egyszerűen meghatározzák a belső levegő térfogatát:

V = 10 × 10 × 7 = 700 m³.

A légcsere-szám Kv = 2 értéke mellett a hőveszteség a következő lesz:

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

Ha Kv = 1:

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

A lakóházak hatékony szellőztetését forgó- és lemezrekuperátorok biztosítják. Az elsők hatásfoka magasabb, eléri a 90%-ot.

2. számú hőtechnikai számítási példa

El kell végezni az 51 cm vastag téglafalon keresztüli hőveszteség számítását. A fal 10 cm-es ásványgyapot réteggel van szigetelve. Kívül – 18º, belül 22º. A fal méretei: magasság 2,7 m, hosszúság 4 m. A helyiség egyetlen külső fala délre néz, külső ajtó nincs.

A tégla hővezetési együtthatója Kt = 0,58 W/mºC, az ásványgyapoté pedig 0,04 W/mºC. Hőellenállás:

R1 = 0,51 : 0,58 = 0,879 m²×C/W. R2 = 0,1 : 0,04 = 2,5 m²×C/W. Összességében a függőleges határoló szerkezetre: R = R1 + R2 = 0,879 + 2,5 = 3,379 m²×C/W.

A külső fal területe A = 2,7 × 4 = 10,8 m²

Hőveszteség a falon keresztül:

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

Az ablakokon keresztüli hőveszteség kiszámításához ugyanazt a képletet használják, de a hőellenállásuk általában az adatlapon szerepel, és nem kell kiszámítani.

A ház hőszigetelésében az ablakok a „gyenge láncszem”. Rajtuk keresztül meglehetősen nagy hányadú hő távozik. A többrétegű üvegezés, a hővisszaverő fóliák, a dupla keretek csökkentik a veszteséget, de még ez sem segít teljesen elkerülni a hőveszteséget.

Ha a házban az ablakok mérete 1,5 × 1,5 m², energiatakarékosak, északra tájoltak, és a hőellenállás 0,87 m²°C/W, akkor a veszteség:

Qo = (2,25 : 0,87) × (22 – (-18)) = 103,4 W.

3. számú hőtechnikai számítási példa

Végezzük el egy fagerendás épület hőszámítását, amelynek homlokzata fenyőrönkből készült, 0,22 m vastag réteggel. Az anyag együtthatója K=0,15. Ebben a helyzetben a hőveszteség:

R = 0,22 : 0,15 = 1,47 m² × ⁰C/W.

Az ötnapos időszak legalacsonyabb hőmérséklete -18⁰, a komfort érdekében a házban 21⁰ hőmérsékletet állítanak be. A különbség 39⁰ lesz. Ha 120 m² területből indulunk ki, az eredmény:

Qs = 120 × 39 : 1,47 = 3184 W.

Összehasonlításul határozzuk meg a téglaház veszteségét. A mészhomoktégla együtthatója 0,72.

R = 0,22 : 0,72 = 0,306 m² × ⁰C/W.
Qs = 120 × 39 : 0,306 = 15 294 W.

Azonos körülmények között a faház gazdaságosabb. A mészhomoktégla itt egyáltalán nem alkalmas falak építésére.

A faszerkezet nagy hőkapacitással rendelkezik. Határoló szerkezetei hosszú ideig tartják a kényelmes hőmérsékletet. Mindazonáltal még a gerendaházat is szigetelni kell, és jobb ezt belülről és kívülről is megtenni.

Az építők és építészek határozottan javasolják a fűtésrendszer kiépítésekor a hőszámítás elvégzését a berendezések szakszerű kiválasztásához, valamint a ház tervezési szakaszában a megfelelő szigetelési rendszer kiválasztásához.

4. számú hőszámítási példa

A ház a Moszkvai területen épül. A számításhoz egy habbetonblokkokból készült falat vettek alapul. Szigetelőanyagként extrudált polisztirolhabot alkalmaztak. A szerkezet burkolata két oldalon vakolat. A vakolat mész-homok összetételű.

A polisztirolhab sűrűsége 24 kg/mᶾ.

A szoba relatív páratartalma 55% átlagosan 20⁰ hőmérséklet mellett. Rétegek vastagsága:

• vakolat – 0,01 m;
• pórusbeton — 0,2 m;
• expandált polisztirol – 0,065 m.

A feladat a szükséges és a tényleges hőátadási ellenállás megtalálása. A szükséges Rtr-t az értékek kifejezésbe való behelyettesítésével határozzák meg:

Rtr=a×GSOP+b

Ahol a GOSZP a fűtési szezon foknapját jelenti, a és b pedig a 50.13330.2012 számú Szvod Pravil 3. táblázatából vett együtthatók. Mivel az épület lakóépület, a = 0,00035, b = 1,4.

A GSOP-t ugyanabból az SP-ből vett képlet alapján számítják ki.

GOSZP = (tv – tot) × zot.

Ebben a képletben tv = 20⁰, tot = -2,2⁰, zot — 205 — a fűtési időszak napokban. Következésképpen:

GSZOP = ( 20 – (-2,2)) × 205 = 4551 °C × nap;

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

A fal minden rétegének hővezetési együtthatóit az SP50.13330.2012 szabvány 2. táblázata alapján határozzák meg.

• λb1 = 0,81 W/m °C;
• λb2 = 0,26 W/(m·°C);
• λb3 = 0,041 W/(m·°C);
• λb4 = 0,81 W/m°C

A teljes feltételes hőátadási ellenállás Ro egyenlő az összes réteg ellenállásának összegével. Kiszámítása a következő képlettel történik:

Ez a képlet az SP 50.13330.2012-ből származik. Itt 1/av a belső felületek hőfelvételével szembeni ellenállás. 1/an a külső felületeké, δ/λ a réteg hőellenállása.

Az értékek behelyettesítésével kapjuk: Ro usl. = 2,54 m²°C/W. Az Rf-et az Ro és az r tényező (0,9) szorzataként határozzuk meg:

Rf = 2,54 x 0,9 = 2,3 m2 x °C/W.

Az eredmény megköveteli a védőelem szerkezetének megváltoztatását, mivel a tényleges hőellenállás kisebb a számítottnál.

Sok számítógépes szolgáltatás létezik, amelyek gyorsítják és egyszerűsítik a számításokat.

A hőtechnikai számítások közvetlenül kapcsolódnak a harmatpont meghatározásához; hogy mi ez, és hogyan találhatja meg az értékét, megtudhatja az általunk ajánlott cikkből.

Következtetések és hasznos vidéó a témából

Termikus számítás elvégzése online kalkulátor segítségével:

Helyes hőtechnikai számítás:

A hozzáértő hőtechnikai számítás lehetővé teszi a ház külső elemeinek szigetelése hatékonyságának értékelését, valamint a szükséges fűtőberendezés teljesítményének meghatározását.

Ennek eredményeként pénzt takaríthat meg az anyagok és fűtőberendezések vásárlásakor. Jobb előre tudni, hogy a technika megbirkózik-e az épület fűtésével és légkondicionálásával, mint mindent véletlenszerűen megvásárolni.

Kérem, hagyjon megjegyzéseket, tegyen fel kérdéseket, és töltse fel a cikk témájához kapcsolódó fotókat az alábbi blokkban. Mesélje el, hogyan segített a hőtechnikai számítás kiválasztani a megfelelő teljesítményű fűtőberendezést vagy a szigetelési rendszert. Nem kizárt, hogy az Ön információja hasznos lesz a webhely látogatói számára.