Obliczanie strat ciepła w prywatnym domu z przykładami

Treść artykułu



Aby Twój dom nie okazał się bezdenną studnią na koszty ogrzewania, sugerujemy przestudiowanie podstawowych kierunków badań ciepłowniczych i metodologii obliczeń. Bez wstępnych obliczeń przenikalności cieplnej i akumulacji wilgoci cała istota budownictwa mieszkaniowego zostaje utracona.

Obliczanie strat ciepła w prywatnym domu z przykładami

Fizyka procesów inżynierii cieplnej

Różne dziedziny fizyki mają wiele wspólnego w opisywaniu badanych przez nie zjawisk. Tak jest w inżynierii cieplnej: zasady opisujące układy termodynamiczne wyraźnie współgrają z podstawami elektromagnetyzmu, hydrodynamiki i mechaniki klasycznej. Przecież mówimy o opisywaniu tego samego świata, nic więc dziwnego, że modele procesów fizycznych charakteryzują się pewnymi wspólnymi cechami w wielu dziedzinach badawczych..

Istota zjawisk termicznych jest łatwa do zrozumienia. Temperatura ciała lub stopień jego nagrzania to nic innego jak miara intensywności wibracji cząstek elementarnych tworzących to ciało. Oczywiście, kiedy zderzają się dwie cząstki, ta o wyższym poziomie energii przekaże energię cząstce o niższej energii, ale nigdy odwrotnie. Nie jest to jednak jedyny sposób wymiany energii, możliwa jest również transmisja za pomocą kwantów promieniowania cieplnego. W tym przypadku podstawowa zasada jest koniecznie zachowana: kwant emitowany przez mniej ogrzany atom nie jest w stanie przekazać energii cieplejszej cząstce elementarnej. Po prostu odbija się od niego i albo znika bez śladu, albo przekazuje swoją energię do innego atomu o mniejszej energii.

Obliczanie strat ciepła w prywatnym domu z przykładami

Termodynamika jest dobra, ponieważ zachodzące w niej procesy są absolutnie wizualne i można je interpretować pod postacią różnych modeli. Najważniejsze jest przestrzeganie podstawowych postulatów, takich jak prawo przenoszenia energii i równowaga termodynamiczna. Więc jeśli Twój pomysł jest zgodny z tymi zasadami, możesz łatwo zrozumieć technikę obliczeń inżynierii cieplnej od i do.

Odporność na przenikanie ciepła

Zdolność materiału do przenoszenia ciepła nazywana jest przewodnością cieplną. W ogólnym przypadku jest zawsze wyższa, im większa gęstość substancji i tym lepiej jej struktura jest przystosowana do przenoszenia oscylacji kinetycznych.

Obliczanie strat ciepła w prywatnym domu z przykładamiPorównanie efektywności energetycznej różnych materiałów budowlanych

Opór cieplny to wielkość odwrotnie proporcjonalna do przewodności cieplnej. Dla każdego materiału ta właściwość przyjmuje unikalne wartości w zależności od struktury, kształtu i szeregu innych czynników. Przykładowo efektywność wymiany ciepła w grubości materiałów oraz w strefie ich styku z innymi mediami może się różnić, zwłaszcza jeśli pomiędzy materiałami występuje co najmniej minimalna międzywarstwy materii w innym stanie skupienia. Opór cieplny wyraża się ilościowo jako różnica temperatur podzielona przez natężenie przepływu ciepła:

Rt = (T.2 – T1) / P

Gdzie:

  • Rt – opór cieplny terenu, K / W;
  • T2 – temperatura początku odcinka, K;
  • T1 – temperatura końca odcinka, K;
  • P – strumień ciepła, W..

W kontekście obliczania strat ciepła decydującą rolę odgrywa opór cieplny. Dowolną strukturę otaczającą można przedstawić jako płasko-równoległą przeszkodę na drodze przepływu ciepła. Jego całkowity opór cieplny jest sumą oporów każdej warstwy, podczas gdy wszystkie przegrody są dodawane do struktury przestrzennej, która jest w rzeczywistości budynkiem.

Rt = l / (? S)

Gdzie:

  • Rt – opór cieplny odcinka obwodu, K / W;
  • l jest długością odcinka obwodu grzewczego, m;
  • ? – współczynnik przewodności cieplnej materiału, W / (m · K);
  • S – powierzchnia przekroju terenu, m2.

Czynniki wpływające na utratę ciepła

Procesy termiczne dobrze korelują z elektrycznymi: różnica temperatur pełni rolę napięcia, strumień ciepła można uznać za siłę prądu, ale dla rezystancji nie trzeba nawet wymyślać własnego terminu. W pełni obowiązuje również koncepcja najmniejszego oporu, która pojawia się w ciepłownictwie jako mostki zimne..

Jeśli weźmiemy pod uwagę dowolny materiał w przekroju, dość łatwo jest ustalić ścieżkę przepływu ciepła zarówno na poziomie mikro, jak i makro. Jako pierwszy model weźmiemy ścianę betonową, w której ze względów technologicznych poprzez mocowania wykonane są stalowe pręty o dowolnym przekroju. Stal przewodzi ciepło nieco lepiej niż beton, więc możemy wyróżnić trzy główne strumienie ciepła:

  • przez grubość betonu
  • przez pręty stalowe
  • od prętów stalowych po beton

Obliczanie strat ciepła w prywatnym domu z przykładamiUtrata ciepła przez mostki termiczne w betonie

Najbardziej interesujący jest ostatni model przepływu ciepła. Ponieważ pręt stalowy nagrzewa się szybciej, między dwoma materiałami bliżej zewnętrznej strony ściany będzie różnica temperatur. W ten sposób stal nie tylko sama „wypompowuje” ciepło na zewnątrz, ale także zwiększa przewodność cieplną sąsiednich mas betonu..

W mediach porowatych procesy termiczne przebiegają w podobny sposób. Prawie wszystkie materiały budowlane składają się z rozgałęzionej sieci ciał stałych, między którymi przestrzeń jest wypełniona powietrzem. Tak więc solidny, gęsty materiał służy jako główny przewodnik ciepła, ale ze względu na swoją złożoną strukturę ścieżka, po której rozchodzi się ciepło, okazuje się być większa niż przekrój. Zatem drugim czynnikiem określającym opór cieplny jest niejednorodność każdej warstwy i przegrody zewnętrznej budynku jako całości..

Obliczanie strat ciepła w prywatnym domu z przykładamiZmniejszenie strat ciepła i przesunięcie punktu rosy do izolacji z zewnętrzną izolacją ścian

Trzecim czynnikiem wpływającym na przewodnictwo cieplne jest gromadzenie się wilgoci w porach. Woda ma opór cieplny 20–25 razy mniejszy niż powietrze, więc jeśli wypełnia pory, ogólna przewodność cieplna materiału staje się jeszcze wyższa, niż gdyby porów w ogóle nie było. Kiedy woda zamarza, sytuacja staje się jeszcze gorsza: przewodność cieplna może wzrosnąć nawet 80 razy. Źródłem wilgoci jest zwykle powietrze w pomieszczeniu i opady atmosferyczne. W związku z tym trzy główne metody radzenia sobie z tym zjawiskiem to zewnętrzne uszczelnianie ścian, stosowanie ochrony przed parą wodną i obliczanie akumulacji wilgoci, które z konieczności przeprowadza się równolegle z przewidywaniem strat ciepła..

Zróżnicowane schematy obliczeniowe

Najprostszym sposobem ustalenia wielkości strat ciepła w budynku jest zsumowanie wartości przepływu ciepła przez konstrukcje tworzące budynek. Technika ta w pełni uwzględnia różnicę w budowie różnych materiałów, a także specyfikę przepływu ciepła przez nie oraz w węzłach przyczółka jednej płaszczyzny do drugiej. Takie dychotomiczne podejście znacznie upraszcza zadanie, ponieważ różne struktury otaczające mogą znacznie różnić się w projektowaniu systemów ochrony termicznej. W związku z tym w osobnym badaniu łatwiej jest określić ilość strat ciepła, ponieważ w tym celu zapewniono różne metody obliczeniowe:

  • W przypadku ścian przecieki ciepła są ilościowo równe całkowitej powierzchni pomnożonej przez stosunek różnicy temperatur do oporu cieplnego. W takim przypadku należy wziąć pod uwagę orientację ścian do punktów kardynalnych, aby uwzględnić ich ogrzewanie w ciągu dnia, a także przedmuch konstrukcji budowlanych.
  • W przypadku podłóg technika jest taka sama, ale uwzględnia obecność przestrzeni na poddaszu i jej tryb działania. Ponadto przyjmuje się, że temperatura pokojowa jest o 3-5 ° C wyższa, a obliczona wilgotność również wzrasta o 5-10%.
  • Straty ciepła przez podłogę są obliczane strefowo, opisując pasy wzdłuż obwodu budynku. Wynika to z faktu, że temperatura gruntu pod podłogą jest wyższa w środku budynku w porównaniu z częścią fundamentową.
  • Przepływ ciepła przez przeszklenie określają dane paszportowe okien, należy również wziąć pod uwagę rodzaj oparcia okien o ściany i głębokość zboczy.

Q = S (?T / Rt)

Gdzie:

  • Q – utrata ciepła, W;
  • S – powierzchnia ściany, m2;
  • ?T – różnica temperatur wewnątrz i na zewnątrz pomieszczenia, ° С;
  • Rt – odporność na przenikanie ciepła, m2° С / W.

Przykład obliczenia

Zanim przejdziemy do przykładu demonstracyjnego, odpowiedzmy na ostatnie pytanie: jak poprawnie obliczyć całkowity opór cieplny złożonych struktur wielowarstwowych? Można to oczywiście zrobić ręcznie, ponieważ w nowoczesnym budownictwie nie ma wielu rodzajów podstaw nośnych i systemów izolacyjnych. Jednak raczej trudno jest wziąć pod uwagę obecność dekoracyjnych wykończeń, tynku wewnętrznego i elewacyjnego, a także wpływ wszystkich stanów nieustalonych i innych czynników; lepiej jest zastosować automatyczne obliczenia. Jednym z najlepszych zasobów sieciowych do takich zadań jest smartcalc.ru, który dodatkowo rysuje wykres przesunięcia punktu rosy w zależności od warunków klimatycznych.

Obliczanie strat ciepła w prywatnym domu z przykładami

Na przykład weźmy dowolny budynek, po przestudiowaniu opisu, którego czytelnik będzie mógł ocenić zestaw danych początkowych wymaganych do obliczeń. W obwodzie leningradzkim znajduje się parterowy dom o regularnym kształcie prostokąta o wymiarach 8,5×10 mi wysokości sufitu 3,1 m. Dom ma nieizolowaną podłogę na gruncie z deskami na bale z szczeliną powietrzną, wysokość podłogi jest o 0,15 m wyższa niż znak planu zagospodarowania terenu na działce. Materiał ściany – monolit żużlowy gr. 42 cm z wewnętrznym tynkiem cementowo-wapiennym do gr. 30 mm i zewnętrznym tynkiem żużlowo-cementowym typu „futro” do gr. 50 mm. Całkowita powierzchnia przeszklenia – 9,5 m2, Jako okna zastosowano podwójną szybę w profilu oszczędzającym ciepło o średnim oporze cieplnym 0,32 m2° С / W. Zakładkę wykonano na drewnianych belkach: dno wzdłuż gontów otynkowane, wypełnione żużlem wielkopiecowym, a od góry pokryte jastrychem glinianym, nad stropem znajdowała się poddasze typu zimnego. Zadaniem obliczenia strat ciepła jest stworzenie systemu ochrony termicznej ścian.

Piętro

Pierwszym krokiem jest określenie strat ciepła przez podłogę. Ponieważ ich udział w całkowitym odpływie ciepła jest najmniejszy, a także ze względu na dużą liczbę zmiennych (gęstość i rodzaj gruntu, głębokość przemarzania, masywność fundamentu itp.), Obliczenia strat ciepła przeprowadza się metodą uproszczoną z wykorzystaniem obniżonego oporu przenikania ciepła. Wzdłuż obwodu budynku, począwszy od linii styku z powierzchnią ziemi, opisano cztery strefy – okalające pasy o szerokości 2 metrów. Dla każdej ze stref przyjmuje się własną wartość zmniejszonej odporności na przenoszenie ciepła. W naszym przypadku mamy trzy strefy o powierzchni 74, 26 i 1 m2. Nie daj się zmylić całkowitą sumą powierzchni stref, która jest większa niż powierzchnia budynku o 16 m2, Powodem tego jest dwukrotne przeliczenie przecinających się pasków pierwszej strefy w narożach, gdzie straty ciepła są znacznie większe niż na odcinkach wzdłuż ścian. Przyjmując wartości oporu przenikania ciepła 2,1, 4,3 i 8,6 m2° С / W dla stref od pierwszej do trzeciej określamy strumień ciepła przez każdą strefę: odpowiednio 1,23, 0,21 i 0,05 kW.

Ściany

Korzystając z danych terenowych, a także materiałów i grubości warstw tworzących ściany, należy wypełnić odpowiednie pola w wyżej wymienionym serwisie smartcalc.ru. Zgodnie z wynikami obliczeń opór przenikania ciepła okazuje się równy 1,13 m2° С / W, a strumień ciepła przez ścianę wynosi 18,48 W na metr kwadratowy. O łącznej powierzchni ścian (bez przeszklenia) 105,2 m2 całkowita utrata ciepła przez ściany wynosi 1,95 kW / h. W takim przypadku straty ciepła przez okna będą wynosić 1,05 kW.

Zakładka i dach

Obliczenie strat ciepła przez podłogę na poddaszu można również wykonać w kalkulatorze online, wybierając żądany typ konstrukcji otaczających. W rezultacie odporność podłogi na przenikanie ciepła wynosi 0,66 m2° С / W, a straty ciepła 31,6 W na metr kwadratowy, czyli 2,7 kW z całej powierzchni otaczającej konstrukcji.

Całkowita całkowita utrata ciepła według obliczeń wynosi 7,2 kWh. Przy wystarczająco niskiej jakości konstrukcji budowlanych wskaźnik ten jest oczywiście znacznie niższy od rzeczywistego. W rzeczywistości takie obliczenia są wyidealizowane, nie uwzględniają specjalnych współczynników, przepływu powietrza, komponentu konwekcyjnego wymiany ciepła, strat przez wentylację i drzwi wejściowe. W rzeczywistości z powodu złej jakości montażu okien, braku ochrony na styku dachu z Mauerlatem i słabej wodoodporności ścian od fundamentu, rzeczywiste straty ciepła mogą być 2, a nawet 3 razy większe niż obliczone. Niemniej nawet podstawowe badania ciepłownicze pozwalają określić, czy konstrukcja budowanego domu przynajmniej w pierwszym przybliżeniu będzie spełniała normy sanitarne..

Obliczanie strat ciepła w prywatnym domu z przykładamiStraty ciepła w domu

Na koniec podamy jedno ważne zalecenie: jeśli naprawdę chcesz w pełni zrozumieć fizykę cieplną konkretnego budynku, musisz zrozumieć zasady opisane w tym przeglądzie i literaturze specjalnej. Na przykład publikacja Eleny Malyavina „Straty ciepła w budynku” może być bardzo dobrą pomocą w tej kwestii, gdzie szczegółowo wyjaśniono specyfikę procesów inżynierii cieplnej, podano linki do niezbędnych dokumentów regulacyjnych, a także przykłady obliczeń i wszystkie niezbędne informacje referencyjne.

Oceń artykuł
Codzienne wskazówki i instrukcje

Klikając przycisk „Prześlij komentarz” wyrażam zgodę na przetwarzanie danych osobowych i akceptuję politykę prywatności