Värmeteknisk beräkning av byggnad: specifikationer och formler för utförande av beräkningar + praktiska exempel

Vid drift av byggnad är både överhettning och nedfrysning oönskade. En värmeteknisk beräkning gör det möjligt att hitta en gyllene medelväg, vilken är minst lika viktig som beräkning av ekonomi, hållfasthet, brandmotstånd och livslängd.

Utifrån värmetekniska normer, klimategenskaper, ång- och fuktgenomsläpplighet görs valet av material för uppförande av omslutande konstruktioner. Hur denna beräkning utförs, behandlar vi i artikeln.

Syftet med värmeteknisk beräkning

Mycket beror på de värmetekniska egenskaperna hos byggnadens bärande omslutningar. Detta inkluderar fukt i konstruktionselement och temperaturindikatorer som påverkar förekomst eller frånvaro av kondens på innerväggar och bjälklag.

Beräkningen visar om stabila temperatur- och fuktegenskaper upprätthålls vid plus- och minusgrader. Bland dessa egenskaper ingår även indikatorn på mängden värme som förloras genom byggnadens omslutande konstruktioner under den kalla perioden.

Man kan inte påbörja projektering utan att ha alla dessa data. Med stöd av dem väljer man tjocklek på väggar och bjälklag samt lagrens ordning.

Enligt GOST 30494-96 är temperaturvärdena inomhus. I genomsnitt är den 21⁰. Den relativa luftfuktigheten måste hållas inom bekväma gränser, vilket i genomsnitt är 37%. Den högsta hastigheten för luftmassarörelse är 0,15 m/s

Värmeteknisk beräkning har som mål att bestämma:

1. Är konstruktionerna identiska med de angivna kraven när det gäller termiskt skydd?
2. Hur fullständigt säkerställs ett bekvämt inomhusklimat?
3. Säkerställs optimalt termiskt skydd för konstruktionerna?

Grundprincipen är att upprätthålla balansen av temperaturskillnad mellan atmosfären i de inre omslutande konstruktionerna och rummen. Om detta inte följs kommer dessa ytor att absorbera värme, och temperaturen inomhus förblir mycket låg.

Inomhustemperaturen bör inte påverkas väsentligt av förändringar i värmeflödet. Denna egenskap kallas värmestabilitet.

Genom att utföra en termisk beräkning bestämmer man optimala gränser (minimi och maximi) för väggars och bjälklags tjockleksmått. Detta garanterar byggnadens funktion under lång tid utan extrema frysningar av konstruktioner eller överhettningar.

Parametrar för att utföra beräkningar

För att utföra en värmekalkyl behövs ursprungliga parametrar.

De beror på ett antal egenskaper:

1. Byggnadens ändamål och typ.
2. Vertikala omslutande konstruktioners orientering i förhållande till väderstrecken.
3. Geografiska parametrar för det framtida huset.
4. Byggnadens volym, antal våningar, area.
5. Typer och dimensioner på dörr- och fönsteröppningar.
6. Uppvärmningstyp och dess tekniska parametrar.
7. Antal fast boende.
8. Material i vertikala och horisontella omslutande konstruktioner.
9. Bjälklag för översta våningen.
10. Utrustning med varmvattenförsörjning.
11. Ventilationstyp.

Även andra konstruktiva egenskaper hos byggnaden beaktas i beräkningen. Luftgenomsläppligheten hos de omslutande konstruktionerna får inte bidra till överdriven nedkylning inomhus och minska elementens värmeskyddande egenskaper.

Värmeförluster orsakas också av överfuktade väggar, och detta leder dessutom till fukt som påverkar byggnadens livslängd negativt.

I beräkningsprocessen bestämmer man först de termiska egenskaperna hos byggmaterialen som de omslutande elementen är gjorda av. Dessutom ska det reducerade värmegenomgångsmotståndet och dess överensstämmelse med normvärdet fastställas.

Formler för beräkning

Värmeläckage från huset kan delas in i två huvuddelar: förluster genom omslutande konstruktioner och förluster orsakade av ventilationssystemets funktion. Dessutom förloras värme när varmt vatten släpps ut i avloppssystemet.

Förluster genom omslutande konstruktioner

För materialen som de omslutande konstruktionerna är gjorda av måste man hitta värdet på värmeledningsförmågan Kt (W/m x grad). Dessa finns i relevanta referensböcker.

Nu, med kännedom om skiktens tjocklek, beräknas det termiska motståndet för varje enhet med formeln: R = S/Kt. Om konstruktionen är flerskiktig adderas alla erhållna värden.

Storleken på värmeförlusterna är enklast att bestämma genom att summera värmeflödena genom de omslutande konstruktionerna som faktiskt utgör byggnaden

Med denna metod tar man hänsyn till att materialen som utgör konstruktionerna har olika struktur. Man beaktar också att värmeflödet genom dem har olika egenskaper.

För varje enskild konstruktion bestäms värmeförlusterna med formeln:

Q = (A / R) x dT

Här:

• A — area i m².
• R — konstruktionens värmegenomgångsmotstånd.
• dT — temperaturskillnad mellan ute och inne. Den ska bestämmas för den kallaste 5-dagarsperioden.

Om du utför beräkningen på detta sätt får du ett resultat endast för den kallaste femdagarsperioden. De totala värmeförlusterna under hela den kalla säsongen bestäms genom att ta hänsyn till parametern dT, där du tar hänsyn till genomsnittstemperaturen istället för den lägsta.

I vilken grad värme tas upp och värme avges beror på fuktigheten i regionens klimat. Därför använder du fuktighetskartor vid beräkningarna.

Därefter beräknar du mängden energi som behövs för att kompensera värmeförluster som skett både genom omslutande konstruktioner och genom ventilation. Det betecknas med symbolen W.

För detta finns en formel:

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

I denna formel är N värmesäsongens längd i dagar.

Nackdelar med areaberäkning

En beräkning som baseras på area är inte särskilt noggrann. Du tar inte hänsyn till parametrar som klimat, temperaturer (både lägsta och högsta) och luftfuktighet. På grund av att du ignorerar många viktiga faktorer har beräkningen betydande felaktigheter.

Ofta försöker du kompensera dem genom att inkludera en 'marginal' i projektet.

Om du ändå väljer denna metod för beräkningen måste du ta hänsyn till följande nyanser:

1. Om höjden på vertikala omslutningar är upp till tre meter och du har högst två öppningar på en yta, multiplicerar du resultatet med 100 W.
2. Om ditt projekt innehåller en balkong, två fönster eller en loggia, multiplicerar du i genomsnitt med 125 W.
3. När rummen är industri- eller lagerlokaler använder du en multiplikator på 150 W.
4. Om du placerar radiatorerna nära fönster, ökar du deras projekterade effekt med 25%.

Formeln för area ser ut så här:

Q = S x 100 (150) W.

Här är Q den komfortabla värmenivån i byggnaden, S är den uppvärmda arean i m². Siffrorna 100 eller 150 är den specifika termiska energin som används för att värma 1 m².

Förluster genom ventilation av huset

Den viktigaste parametern i detta fall är luftväxlingshastigheten. Förutsatt att husets väggar är ångpermeabla är detta värde lika med ett.

Kall luft tränger in i huset genom tilluftsventilation. Frånluftsventilation bidrar till att varm luft lämnar huset. En värmeväxlare (rekuperator) minskar ventilationsförlusterna. Den förhindrar att värmen försvinner med utgående luft och värmer istället inkommande luftströmmar.

Det förutsätts att luften i byggnaden byts ut helt en gång i timmen. Byggnader byggda enligt DIN-standarden har väggar med ångspärr, så här antas luftväxlingshastigheten vara två.

Det finns en formel för att bestämma värmeförluster genom ventilationssystemet:

Qv = (V x Kv : 3600) x P x C x dT

Här betecknar symbolerna följande:

1. Qv — värmeförluster.
2. V — rummets volym i m³.
3. P — luftens densitet. Värdet antas vara 1,2047 kg/m³.
4. Kv — luftväxlingshastigheten.
5. C — specifik värmekapacitet. Den är 1005 J/(kg·°C).

Baserat på denna beräkning kan man bestämma effekten av värmesystemets värmegenerator. Om effektvärdet är för högt kan en lösning vara en ventilationsanordning med värmeväxlare. Låt oss titta på några exempel för hus av olika material.

Exempel på värmeteknisk beräkning nr 1

Vi beräknar ett bostadshus beläget i klimatzon 1 (Ryssland), delområde 1B. All data är hämtad från tabell 1 i SNiP 23-01-99. Den kallaste temperaturen som observerats under fem dagar med en säkerhet på 0,92 är tn = -22 °C.

Enligt SNiP varar uppvärmningsperioden (zop) i 148 dygn. Medeltemperaturen under uppvärmningsperioden vid en genomsnittlig dygnstemperatur utomhus på 8° är tot = -2,3°. Temperaturen utomhus under uppvärmningssäsongen är tht = -4,4°.

Husets värmeförluster är en viktig faktor i designstadiet. Resultatet av beräkningen påverkar både valet av byggmaterial och isolering. Det finns inga nollförluster, men du bör sträva efter att de är så ändamålsenliga som möjligt.

Det är överenskommet att temperaturen i husets rum ska vara 22⁰. Huset har två våningar och väggar med en tjocklek på 0,5 m. Dess höjd är 7 m, planmått 10 x 10 m. Materialet i vertikala omslutande konstruktioner är varm keramik. För den är värmeledningskoefficienten 0,16 W/m·°C.

Som extern isolering, 5 cm tjock, används mineralull. Värmeledningsförmågan (Kt) för denna är 0,04 W/(m·K). Antalet fönsteröppningar i huset är 15 stycken, var och en 2,5 m².

Värmeförlust genom väggar

För det första måste man bestämma värmemotståndet för både den keramiska väggen och isoleringen. I det första fallet R1 = 0,5 : 0,16 = 3,125 kvm x °C/W. I det andra – R2 = 0,05 : 0,04 = 1,25 kvm x °C/W. Sammantaget för den vertikala omslutande konstruktionen: R = R1 + R2 = 3.125 + 1.25 = 4.375 kvm x °C/W.

Eftersom värmeförlusterna har ett direkt proportionellt samband med arean hos de omslutande konstruktionerna, beräknar vi väggarean:

A = 10 × 4 × 7 – 15 × 2,5 = 242,5 m²

Nu kan du bestämma värmeförlusterna genom väggarna:

Qc = (242,5 : 4.375) × (22 – (-22)) = 2438,9 W.

Värmeförluster genom horisontella omslutande konstruktioner beräknas på liknande sätt. Slutligen summeras alla resultat.

Om det finns en källare blir värmeförlusterna genom grund och golv mindre, eftersom beräkningen involverar marktemperatur, inte utomhustemperatur.

Om källaren under bottenvåningens golv är uppvärmd, behöver golvet inte isoleras. Källarväggarna är det dock bättre att klä med isolering så att värmen inte försvinner ner i marken.

Bestämning av förluster via ventilation

För att förenkla beräkningen tar man inte hänsyn till väggarnas tjocklek, utan bestämmer helt enkelt luftvolymen inuti:

V = 10x10x7 = 700 m³.

Vid luftväxlingsfrekvens Kv = 2 blir värmeförlusterna:

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

Om Kv = 1:

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

Effektiv ventilation i bostadshus tillhandahålls av roterande och plattvärmeväxlare. Verkningsgraden hos de förra är högre, den uppgår till 90%.

Exempel på värmeteknisk beräkning nr 2

Det krävs att beräkna förlusterna genom en tegelvägg med tjocklek 51 cm. Den är isolerad med ett 10 cm lager mineralull. Utanför – 18°, inne – 22°. Väggens mått är 2,7 m i höjd och 4 m i längd. Den enda ytterväggen i rummet är orienterad mot söder, det finns inga ytterdörrar.

För tegel är värmeledningskoefficienten Kt = 0,58 W/m°C, för mineralull — 0,04 W/m°C. Termiskt motstånd:

R1 = 0,51 : 0,58 = 0,879 m²·°C/W. R2 = 0,1 : 0,04 = 2,5 m²·°C/W. Totalt för den vertikala omslutande konstruktionen: R = R1 + R2 = 0.879 + 2,5 = 3.379 m²·°C/W.

Ytterväggens area A = 2,7 × 4 = 10,8 m²

Värmeförluster genom väggen:

Qs = (10,8 : 3.379) × (22 – (-18)) = 127,9 W.

För beräkning av förluster genom fönster använder man samma formel, men deras termiska motstånd anges vanligtvis i specifikationen och behöver inte beräknas.

I hemmets värmeisolering är fönster den 'svaga länken'. Genom dem försvinner en ganska stor del av värmen. Flerskiktiga isolerglasfönster, värmereflekterande filmer, dubbla bågar minskar förlusterna, men inte ens detta kan helt undvika värmeförluster.

Om fönstren i huset har måtten 1,5 × 1,5 m², är energisnåla, orienterade mot norr, och det termiska motståndet är 0,87 m²°C/W, så blir förlusterna:

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

Exempel på värmeteknisk beräkning nr 3

Vi utför värmekalkyl för en träbyggnad av timmer med fasad av furubjälkar med lagertjocklek 0,22 m. Koefficienten för detta material — K=0,15. I denna situation blir värmeförlusterna:

R = 0,22 : 0,15 = 1,47 m²·°C/W.

Den lägsta temperaturen under femdagarsperioden är -18°, för komfort i huset ställs temperaturen 21°. Skillnaden blir 39°. Om man utgår från arean 120 m², får man resultatet:

Qs = 120 × 39 : 1,47 = 3184 W.

För jämförelse bestämmer vi förlusterna för ett tegelhus. Koefficienten för kalksandsten är 0,72.

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

Under samma förhållanden är ett trähus mer ekonomiskt. Kalksandsten passar inte alls för väggbyggnation här.

Träbyggnaden har hög värmekapacitet. Dess omslutande konstruktioner behåller en behaglig temperatur länge. Ändå behöver även ett timmerhus isoleras, och det är bättre att göra det både inifrån och utifrån.

Byggare och arkitekter rekommenderar att alltid göra värmekalkyl vid installation av uppvärmning för korrekt val av utrustning och vid projektering av huset för att välja lämpligt isoleringssystem.

Exempel på värmeteknisk beräkning nr 4

Huset kommer att byggas i Moskva-regionen. För beräkningen har en vägg av lättbetongblock använts. Som isolering har extruderad polystyren använts. Konstruktionens ytbehandling är puts på båda sidor. Dess struktur är kalk-sand.

Polystyren har en densitet på 24 kg/mᶾ.

Relativ luftfuktighet i rummet är 55% vid en medeltemperatur på 20⁰. Tjockleken på lagren:

• puts — 0,01 m;
• lättbetong — 0,2 m;
• polystyren — 0,065 m.

Uppgiften är att hitta det erforderliga värmeöverföringsmotståndet och det faktiska. Det erforderliga Rtr bestäms genom att sätta in värdena i uttrycket:

Rtr = a x GSOP + b

där GSOP är graddagar för uppvärmningssäsongen, och a och b är koefficienter från tabell nr 3 i Regelverket 50.13330.2012. Eftersom byggnaden är bostad är a lika med 0,00035, b = 1,4.

GSOP beräknas med formeln från samma regelverk:

GSOP = (tin – tout) x zup.

I denna formel är tin = 20⁰, tout = -2,2⁰, zup = 205 — uppvärmningsperiod i dagar. Följaktligen:

GSOP = (20 – (-2,2)) x 205 = 4551⁰ C x dygn;

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

Med hjälp av tabell nr 2 i SP50.13330.2012 bestäms värmekonduktivitetskoefficienterna för varje väggskikt:

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

Det totala villkorliga värmeöverföringsmotståndet Ro är lika med summan av alla skikts motstånd. Det beräknas med formeln:

Denna formel är hämtad från SP 50.13330.2012. Här är 1/αin motståndet mot värmeupptagning på inre ytor. 1/αut är detsamma för yttre ytor, δ/λ är skiktets termiska motstånd.

Genom att sätta in värdena får man: Ro villk. = 2,54 m²°C/W. Rf bestäms genom att multiplicera Ro med koefficienten r, som är 0,9:

Rf = 2,54 x 0,9 = 2,3 m² x °C/W.

Resultatet tvingar en att ändra konstruktionen av det avskiljande elementet, eftersom det faktiska värmemotståndet är mindre än det beräknade.

Det finns många datortjänster som påskyndar och förenklar beräkningarna.

Värmetekniska beräkningar är direkt kopplade till bestämning av daggpunkten. Vad detta är och hur man hittar dess värde får du veta i vår rekommenderade artikel.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Utförande av värmeteknisk beräkning med hjälp av en online-kalkylator:

Korrekt värmeteknisk beräkning:

En kompetent värmeteknisk beräkning gör det möjligt att bedöma effektiviteten av isoleringen av husets yttre delar och bestämma effekten på den nödvändiga uppvärmningsutrustningen.

Som ett resultat kan man spara vid köp av material och värmeanordningar. Det är bättre att i förväg veta om utrustningen klarar av uppvärmning och luftkonditionering av byggnaden, än att köpa allt på måfå.

Lämna gärna kommentarer, ställ frågor, lägg upp foton om artikelns ämne i blocket nedan. Berätta om hur den värmetekniska beräkningen hjälpte dig att välja värmeutrustning med rätt effekt eller isoleringssystem. Det är inte uteslutet att din information kommer att vara användbar för webbplatsens besökare.