Toplotnotehnični izračun stavbe: specifika in formule za izvajanje izračunov + praktični primeri

Pri obratovanju stavbe sta neželena tako pregrevanje kot zmrzovanje. Določiti zlato sredino bo omogočil toplotnotehnični izračun, ki ni nič manj pomemben od izračuna ekonomičnosti, trdnosti, požarne odpornosti in trajnosti.

Na podlagi toplotnotehničnih norm, podnebnih značilnosti, prepustnosti za paro in vlago se izbirajo materiali za gradnjo ogradnih konstrukcij. Kako izvesti ta izračun, si bomo ogledali v članku.

Namen toplotnotehničnega izračuna

Od toplotnotehničnih značilnosti glavnih ograd stavbe je odvisno marsikaj. To so vlažnost konstrukcijskih elementov in temperaturne vrednosti, ki vplivajo na prisotnost ali odsotnost kondenzata na medprostornih pregradah in stropih.

Izračun bo pokazal, ali se bodo ohranile stabilne temperaturne in vlažnostne značilnosti pri pozitivnih in negativnih temperaturah. Na seznam teh značilnosti spada tudi kazalnik, kot je količina toplote, ki jo ogradne konstrukcije stavbe izgubijo v hladnem obdobju.

Projektiranja ni mogoče začeti brez vseh teh podatkov. Na podlagi njih se izbirajo debeline sten in stropov ter zaporedje slojev.

V skladu z regulativo GOST 30494-96 so temperaturne vrednosti v notranjosti prostorov. V povprečju znaša 21⁰. Relativna vlažnost mora ostati v udobnih okvirih, v povprečju 37 %. Največja hitrost gibanja zračne mase je 0,15 m/s.

Toplotnotehnični izračun si zastavlja naslednje cilje:

1. Ali so konstrukcije v skladu z zahtevami glede toplotne zaščite?
2. Ali je v stavbi v celoti zagotovljena udobna notranja mikroklima?
3. Ali je zagotovljena optimalna toplotna zaščita konstrukcij?

Glavno načelo je ohranjanje ravnovesja razlike temperaturnih vrednosti atmosfere notranjih konstrukcij ograd in prostorov. Če ga ne upoštevamo, bodo toploto absorbirale te površine, notranja temperatura pa bo ostala zelo nizka.

Na notranjo temperaturo ne smejo bistveno vplivati spremembe toplotnega toka. To značilnost imenujemo toplotna obstojnost.

S toplotnim izračunom določite optimalni meji (minimalni in maksimalni) debeline sten in stropov. To zagotavlja dolgotrajno uporabo stavbe brez ekstremnega zmrzovanja konstrukcij ali pregrevanja.

Parametri za izvajanje izračunov

Za toplotni izračun potrebujete vhodne parametre.

Odvisni so od naslednjih značilnosti:

1. Namena stavbe in njenega tipa.
2. Usmerjenosti vertikalnih ograjnih konstrukcij glede na strani neba.
3. Geografskih parametrov bodoče hiše.
4. Prostornine stavbe, njenega števila nadstropij, površine.
5. Tipov in dimenzijskih podatkov vratnih in okenskih odprtin.
6. Vrste ogrevanja in njegovih tehničnih parametrov.
7. Števila stalnih stanovalcev.
8. Materiala vertikalnih in horizontalnih ograjnih konstrukcij.
9. Stropa zgornjega nadstropja.
10. Opremljenosti s toplo vodo.
11. Vrste prezračevanja.

Pri izračunu se upoštevajo tudi druge konstrukcijske značilnosti stavbe. Zračna prepustnost ograjnih konstrukcij ne sme povzročati pretiranega hlajenja v hiši in zmanjševati toplotno zaščitnih lastnosti elementov.

Izgube toplote povzroča tudi prekomerna vlaga v stenah, kar vodi v vlažnost, ki negativno vpliva na trajnost stavbe.

Med izračunom se najprej določijo toplotnotehnični podatki gradbenih materialov, iz katerih so izdelani ograjni elementi stavbe. Poleg tega je treba določiti zmanjšano toplotno upornost in njeno skladnost z normativno vrednostjo.

Formule za izvedbo izračuna

Toplotne izgube, ki jih hiša izgublja, lahko razdelimo na dva glavna dela: izgube skozi ograjne konstrukcije in izgube, ki jih povzroča delovanje prezračevalnega sistema. Poleg tega se toplota izgublja pri odvajanju tople vode v kanalizacijski sistem.

Izgube skozi ogradne konstrukcije

Za materiale, iz katerih so izdelane ograjne konstrukcije, je treba najti vrednost koeficienta toplotne prevodnosti Kt (W/m·°C). Ta je na voljo v ustreznih priročnikih.

Zdaj, ob poznavanju debeline slojev, po formuli: R = S/Kt izračunajte toplotno upornost vsakega elementa. Če je konstrukcija večslojna, vsa dobljene vrednosti seštejte.

Velikost toplotnih izgub najlažje določite s seštevanjem toplotnih tokov skozi ograjne konstrukcije, ki pravzaprav tvorijo to stavbo.

S to metodo upoštevajte, da imajo materiali, ki sestavljajo konstrukcije, različno strukturo. Prav tako se upošteva, da ima toplotni tok, ki gre skozi njih, različne specifike.

Za vsako posamezno konstrukcijo toplotne izgube določite po formuli:

Q = (A / R) × dT

Kjer je:

• A – površina v m².
• R – toplotna upornost konstrukcije.
• dT – temperaturna razlika med zunanjostjo in notranjostjo. Določiti jo je treba za najhladnejše 5-dnevno obdobje.

S takšnim izračunom lahko dobimo rezultat samo za najhladnejše petdnevno obdobje. Skupne toplotne izgube za celotno hladno sezono določimo z upoštevanjem parametra dT, pri čemer upoštevamo ne najnižjo, ampak povprečno temperaturo.

Stopnja, do katere se toplota absorbira, in tudi oddajanje toplote sta odvisna od vlažnosti podnebja v regiji. Zato se pri izračunih uporabljajo karte vlage.

Nato se izračuna količina energije, potrebne za kompenzacijo toplotnih izgub, ki so nastale tako skozi ograjne konstrukcije kot tudi skozi prezračevanje. Označena je s simbolom W.

Za to obstaja formula:

W = ((Q + Qv) × 24 × N)/1000

V njej je N trajanje ogrevalnega obdobja v dnevih.

Pomanjkljivosti izračuna po površini

Izračun, ki temelji na površinskem kazalniku, ni zelo natančen. Pri njem niso upoštevani parametri, kot so podnebje, temperaturne vrednosti (tako najnižje kot najvišje) in vlažnost. Zaradi zanemarjanja številnih pomembnih dejavnikov ima izračun znatne napake.

Pogosto, da bi jih pokrili, v projektu predvidijo 'rezervo'.

Če je za izračun vendarle izbrana ta metoda, je treba upoštevati naslednje nianse:

1. Pri višini navpičnih ograj do treh metrov in prisotnosti največ dveh odprtin na eni površini je rezultat bolje pomnožiti s 100 W.
2. Če projekt vključuje balkon, dve okni ali ložo, se v povprečju pomnoži s 125 W.
3. Kadar so prostori industrijski ali skladiščni, se uporabi množitelj 150 W.
4. V primeru postavitve radiatorjev v bližini oken se njihova projektna moč poveča za 25%.

Formula po površini ima obliko:

Q = S × 100 (150) W.

Tu je Q raven udobja toplote v stavbi, S je ogrevana površina v m². Števili 100 ali 150 sta specifični količini toplotne energije, porabljene za ogrevanje 1 m².

Izgube skozi prezračevanje hiše

Ključni parameter v tem primeru je stopnja izmenjave zraka. Pod pogojem, da so stene hiše paroprepustne, je ta vrednost enaka ena.

Prodiranje hladnega zraka v hišo poteka skozi dovodno prezračevanje. Odvodno prezračevanje omogoča odhod toplega zraka. Izgube skozi prezračevanje zmanjša rekuperator-toplotni izmenjevalec. Ta ne dopušča odhoda toplote skupaj z odhajajočim zrakom, dohodne tokove pa segreva.

Predvideno je popolno obnavljanje zraka v stavbi v eni uri. Stavbe, zgrajene po standardu DIN, imajo stene s parno zaporo, zato se stopnja izmenjave zraka tu sprejme kot dva.

Obstaja formula, po kateri se določijo toplotne izgube skozi prezračevalni sistem:

Qv = (V × Kv : 3600) × P × C × dT

Tu simboli pomenijo naslednje:

1. Qv — toplotne izgube.
2. V — prostornina sobe v m³.
3. P — gostota zraka. Njena vrednost je enaka 1,2047 kg/m³.
4. Kv — stopnja izmenjave zraka.
5. C — specifična toplotna kapaciteta. Enaka je 1005 J/(kg·°C).

Na podlagi rezultatov tega izračuna je mogoče določiti moč toplotnega generatorja ogrevalnega sistema. V primeru previsoke vrednosti moči je rešitev lahko naprava za prezračevanje z rekuperatorjem. Oglejmo si več primerov za hiše iz različnih materialov.

Primer toplotnotehničnega izračuna št. 1

Izračunajmo stanovanjsko hišo v 1. klimatskem območju (Rusija), podobmočje 1V. Vsi podatki so vzeti iz tabele 1 SNiP 23-01-99. Najhladnejša temperatura, opažena v petih dneh z verjetnostjo 0,92, je tn = -22°C.

V skladu s SNiP traja ogrevalno obdobje (zop) 148 dni. Povprečna temperatura v ogrevalnem obdobju pri povprečnih dnevnih temperaturah zunanjega zraka 8° je tot = -2,3°. Zunanja temperatura v ogrevalni sezoni je tht = -4,4°.

Toplotne izgube hiše so ključni dejavnik pri načrtovanju. Od rezultatov izračuna sta odvisna izbira gradbenih materialov in izolacije. Ničelnih izgub ni, vendar si je treba prizadevati, da so čim bolj smotrne.

Dogovorjeno je, da mora biti v prostorih hiše zagotovljena temperatura 22°. Hiša ima dve nadstropji in stene debeline 0,5 m. Višina je 7 m, tlorisne dimenzije so 10 x 10 m. Material vertikalnih ograjnih konstrukcij je topla keramika. Zanj je koeficient toplotne prevodnosti 0,16 W/m·°C.

Kot zunanja izolacija je uporabljena mineralna volna, debeline 5 cm. Vrednost toplotne prevodnosti zanjo je 0,04 W/m·°C. Število okenskih odprtin v hiši je 15, vsaka s površino 2,5 m².

Toplotne izgube skozi stene

Najprej je treba določiti toplotni upor tako keramične stene kot izolacije. V prvem primeru je R1 = 0,5 : 0,16 = 3,125 m²·°C/W. V drugem je R2 = 0,05 : 0,04 = 1,25 m²·°C/W. Skupaj za vertikalno ograjno konstrukcijo: R = R1 + R2 = 3,125 + 1,25 = 4,375 m²·°C/W.

Ker so toplotne izgube neposredno sorazmerne s površino ograjnih konstrukcij, izračunamo površino sten:

A = 10 x 4 x 7 – 15 x 2,5 = 242,5 m²

Zdaj lahko določimo toplotne izgube skozi stene:

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

Toplotne izgube skozi horizontalne ograjne konstrukcije se izračunajo podobno. Na koncu se vsi rezultati seštejejo.

Če obstaja klet, bodo toplotne izgube skozi temelje in tla manjše, ker pri izračunu sodeluje temperatura tal, ne zunanjega zraka.

Če je klet pod tlemi pritličja ogrevana, tal ni treba izolirati. Stene kleti je vseeno bolje obložiti z izolacijo, da toplota ne uhaja v zemljo.

Določitev izgub skozi prezračevanje

Da bi poenostavili izračun, se debelina sten ne upošteva, ampak se preprosto določi prostornino zraka v notranjosti:

V = 10 x 10 x 7 = 700 m³

Pri stopnji izmenjave zraka Kv = 2 bodo toplotne izgube znašale:

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

Če je Kv = 1:

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

Učinkovito prezračevanje stanovanjskih hiš zagotavljajo rotorski in ploščni rekuperatorji. Izkoristek pri prvih je višji, dosega 90%.

Primer toplotnotehničnega izračuna št. 2

Potrebno je izvesti izračun izgub skozi zid iz opeke debeline 51 cm. Ta je izoliran z 10-centimetrskim slojem mineralne volne. Zunaj – 18⁰, notri — 22⁰. Dimenzije zidu so 2,7 m višine in 4 m dolžine. Edina zunanja stena prostora je obrnjena proti jugu, zunanjih vrat ni.

Za opeko je koeficient toplotne prevodnosti Kt = 0,58 W/mºC, za mineralno volno — 0,04 W/mºC. Toplotna upornost:

R1 = 0,51 : 0,58 = 0,879 m² x °C/W. R2 = 0,1 : 0,04 = 2,5 m² x °C/W. Skupaj za vertikalno ograjeno konstrukcijo: R = R1 + R2 = 0,879 + 2,5 = 3,379 m² x °C/W.

Površina zunanje stene A = 2,7 x 4 = 10,8 m²

Toplotne izgube skozi steno:

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

Za izračun izgub skozi okna uporabimo isto formulo, vendar je njihova toplotna upornost praviloma navedena v potnem listu in je ni treba izračunati.

V toplotni izolaciji hiše so okna — »šibki člen«. Skozi njih odide precej velik delež toplote. Izgube bodo zmanjšali večslojni steklopaketi, toplotno odbojne folije, dvojni okvirji, a niti to ne bo v celoti preprečilo toplotnih izgub.

Če so v hiši okna z dimenzijami 1,5 x 1,5 m², energijsko varčna, obrnjena proti severu, in je toplotna upornost enaka 0,87 m²°C/W, bodo izgube znašale:

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

Primer toplotnotehničnega izračuna št. 3

Izvedli bomo toplotni izračun lesene brunarice s fasado, zgrajeno iz borovih brun s plastjo debeline 0,22 m. Koeficient za ta material je K=0,15. V tej situaciji bodo toplotne izgube znašale:

R = 0,22 : 0,15 = 1,47 m² x °C/W.

Najnižja temperatura petdnevnice je -18⁰, za udobje v hiši je nastavljena temperatura 21⁰. Razlika bo znašala 39⁰. Če izhajamo iz površine 120 m², dobimo rezultat:

Qs = 120 x 39 : 1,47 = 3184 W.

Za primerjavo določimo izgube opečne hiše. Koeficient za silikatno opeko je 0,72.

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

V enakih pogojih je lesena hiša bolj ekonomična. Silikatna opeka za gradnjo sten tu sploh ni primerna.

Lesena stavba ima visoko toplotno kapaciteto. Njeni ograjni elementi dolgo ohranjajo udobno temperaturo. Vseeno je treba tudi brunarico izolirati, in to je bolje narediti tako od znotraj kot od zunaj.

Gradbeniki in arhitekti priporočajo, da obvezno naredite toplotni izračun pri napravi ogrevanja za pravilno izbiro opreme in v fazi načrtovanja hiše za izbiro ustreznega sistema izolacije.

Primer toplotnega izračuna št. 4

Hiša bo zgrajena v Moskovski oblasti. Za izračun je vzeta stena iz penobetonskih blokov. Kot izolacija je uporabljen ekstrudirani polistiren. Konstrukcija je ometana z obeh strani. Njena struktura je apneno-peščena.

Polistiren ima gostoto 24 kg/m³.

Relativna vlažnost zraka v prostoru je 55 % pri povprečni temperaturi 20 °C. Debelina slojev:

• omet — 0,01 m;
• penobeton — 0,2 m;
• polistiren — 0,065 m.

Naloga je najti potrebno in dejansko toplotno upornost. Zahtevani Rtr se določi tako, da se vrednosti vstavijo v izraz:

Rtr = a x GSOP + b

kjer je GSOP število stopinjskih dni ogrevalne sezone, a in b pa sta koeficienta, vzeta iz tabele št. 3 Pravilnika 50.13330.2012. Ker je stavba stanovanjska, je a enak 0,00035, b = 1,4.

GSOP se izračuna po formuli, vzeti iz istega pravilnika:

GSOP = (tv – tot) x zot.

V tej formuli je tv = 20 °C, tot = -2,2 °C, zot = 205 – ogrevalna doba v dneh. Zato:

GSOP = (20 – (-2,2)) x 205 = 4551 °C × dan;

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

Z uporabo tabele št. 2 SP50.13330.2012 se določijo koeficienti toplotne prevodnosti za vsako plast stene:

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

Skupna pogojna toplotna upornost Ro je enaka vsoti upornosti vseh slojev. Izračuna se po formuli:

Ta formula je vzeta iz SP 50.13330.2012. Tukaj je 1/αv upor toplotne zaznave notranjih površin. 1/αn je enako za zunanje, δ/λ pa je toplotna upornost sloja.

Z vstavitvijo vrednosti dobimo: Ro pog. = 2,54 m²°C/W. Rf se določi z množenjem Ro s koeficientom r, ki je enak 0,9:

Rf = 2,54 x 0,9 = 2,3 m² × °C/W.

Rezultat nas zavezuje k spremembi konstrukcije ograjevalnega elementa, ker je dejanska toplotna upornost manjša od izračunane.

Obstaja veliko računalniških storitev, ki pospešijo in poenostavijo izračune.

Toplotnotehnični izračuni so neposredno povezani z določanjem rosišča. Kaj je to in kako najti njegovo vrednost, izveste iz članka, ki ga priporočamo.

Zaključki in koristen video na to temo

Izvedba toplotnotehničnega izračuna s pomočjo spletnega kalkulatorja:

Pravilen toplotnotehnični izračun:

Strokoven toplotnotehnični izračun omogoča oceno učinkovitosti izolacije zunanjih elementov hiše in določitev moči potrebne ogrevalne opreme.

Kot rezultat lahko prihranite pri nakupu materialov in ogrevalnih naprav. Bolje je vnaprej vedeti, ali bo oprema kos ogrevanju in hlajenju stavbe, kot pa kupovati vse na slepo.

Prosimo, pustite komentarje, postavite vprašanja, objavite fotografije na temo članka v spodaj navedenem bloku. Povejte nam, kako vam je toplotnotehnični izračun pomagal izbrati ogrevalno opremo prave moči ali izolacijski sistem. Ni izključeno, da bodo vaše informacije koristile obiskovalcem spletnega mesta.