Υπολογισμός της απώλειας θερμότητας μιας ιδιωτικής κατοικίας με παραδείγματα

Το περιεχόμενο του άρθρου



Για να μην αποδειχθεί το σπίτι σας ένα απύθμενο κοίλωμα για το κόστος θέρμανσης, προτείνουμε να μελετήσετε τις βασικές κατευθύνσεις της έρευνας θερμικής μηχανικής και τη μεθοδολογία υπολογισμού. Χωρίς προκαταρκτικό υπολογισμό της θερμικής διαπερατότητας και της συσσώρευσης υγρασίας, χάνεται όλη η ουσία της κατασκευής του περιβλήματος.

Υπολογισμός της απώλειας θερμότητας μιας ιδιωτικής κατοικίας με παραδείγματα

Φυσική διεργασιών θερμικής μηχανικής

Διαφορετικοί τομείς της φυσικής έχουν πολλά κοινά στην περιγραφή των φαινομένων που μελετούν. Είναι λοιπόν στη μηχανική θερμότητας: οι αρχές που περιγράφουν τα θερμοδυναμικά συστήματα αντηχεί σαφώς με τα βασικά του ηλεκτρομαγνητισμού, της υδροδυναμικής και της κλασικής μηχανικής. Σε τελική ανάλυση, μιλάμε για την περιγραφή του ίδιου κόσμου, οπότε δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι μοντέλα φυσικών διαδικασιών χαρακτηρίζονται από ορισμένα κοινά χαρακτηριστικά σε πολλούς τομείς έρευνας..

Η ουσία των θερμικών φαινομένων είναι κατανοητή. Η θερμοκρασία ενός σώματος ή ο βαθμός θέρμανσης του δεν είναι τίποτα περισσότερο από ένα μέτρο της έντασης των δονήσεων των στοιχειωδών σωματιδίων που απαρτίζουν αυτό το σώμα. Προφανώς, όταν συγκρούονται δύο σωματίδια, το ένα με το υψηλότερο επίπεδο ενέργειας θα μεταφέρει ενέργεια στο σωματίδιο με χαμηλότερη ενέργεια, αλλά ποτέ αντίστροφα. Ωστόσο, αυτός δεν είναι ο μόνος τρόπος ανταλλαγής ενέργειας · η μετάδοση είναι επίσης δυνατή μέσω κβαντικής θερμικής ακτινοβολίας. Σε αυτήν την περίπτωση, η βασική αρχή διατηρείται αναγκαστικά: ένα κβαντικό που εκπέμπεται από ένα λιγότερο θερμαινόμενο άτομο δεν είναι σε θέση να μεταφέρει ενέργεια σε ένα θερμότερο στοιχειώδες σωματίδιο. Απλώς αντανακλάται από αυτό και είτε εξαφανίζεται χωρίς ίχνος, είτε μεταφέρει την ενέργειά του σε άλλο άτομο με λιγότερη ενέργεια.

Μεταφορά θερμότητας σε στερεό

Η θερμοδυναμική είναι καλή επειδή οι διαδικασίες που πραγματοποιούνται σε αυτήν είναι απολύτως οπτικές και μπορούν να ερμηνευτούν με το πρόσχημα διαφόρων μοντέλων. Το κύριο πράγμα είναι να παρατηρήσουμε βασικά αξιώματα όπως ο νόμος της μεταφοράς ενέργειας και η θερμοδυναμική ισορροπία. Επομένως, εάν η ιδέα σας συμμορφώνεται με αυτούς τους κανόνες, μπορείτε εύκολα να κατανοήσετε την τεχνική των υπολογισμών θερμικής μηχανικής από και προς.

Η έννοια της αντίστασης στη μεταφορά θερμότητας

Η ικανότητα ενός υλικού να μεταφέρει θερμότητα ονομάζεται θερμική αγωγιμότητα. Στη γενική περίπτωση, είναι πάντα υψηλότερη, όσο μεγαλύτερη είναι η πυκνότητα της ουσίας και τόσο καλύτερη η δομή της προσαρμόζεται για να μεταδίδει κινητικές ταλαντώσεις.

Σύγκριση ενεργειακής απόδοσης διαφορετικών δομικών υλικώνΣύγκριση ενεργειακής απόδοσης διαφορετικών δομικών υλικών

Η θερμική αντίσταση είναι μια ποσότητα αντιστρόφως ανάλογη με τη θερμική αγωγιμότητα. Για κάθε υλικό, αυτή η ιδιότητα λαμβάνει μοναδικές τιμές ανάλογα με τη δομή, το σχήμα και έναν αριθμό άλλων παραγόντων. Για παράδειγμα, η αποτελεσματικότητα της μεταφοράς θερμότητας στο πάχος των υλικών και στη ζώνη της επαφής τους με άλλα μέσα μπορεί να διαφέρει, ειδικά εάν υπάρχει τουλάχιστον ένα ελάχιστο στρώμα ύλης μεταξύ των υλικών σε διαφορετική αδρανή κατάσταση. Η θερμική αντίσταση εκφράζεται ποσοτικά ως η διαφορά θερμοκρασίας διαιρούμενη με το ρυθμό ροής θερμότητας:

Ρτ = (Τ2 – Τ1) / Π

Οπου:

  • Ρτ – θερμική αντίσταση του χώρου, K / W ·
  • Τ2 – θερμοκρασία στην αρχή του τμήματος, Κ ·
  • Τ1 – θερμοκρασία στο τέλος του τμήματος, Κ ·
  • Ρ – ροή θερμότητας, W.

Στο πλαίσιο του υπολογισμού της απώλειας θερμότητας, η θερμική αντίσταση παίζει καθοριστικό ρόλο. Οποιαδήποτε δομή εγκλεισμού μπορεί να αναπαρασταθεί ως επίπεδο παράλληλο εμπόδιο στη διαδρομή ροής θερμότητας. Η συνολική θερμική του αντίσταση είναι το άθροισμα των αντιστάσεων κάθε στρώματος, ενώ όλα τα χωρίσματα προστίθενται σε μια χωρική δομή, η οποία στην πραγματικότητα είναι ένα κτίριο.

Ρτ = l / (? S)

Οπου:

  • Ρτ – θερμική αντίσταση του τμήματος κυκλώματος, K / W ·
  • l είναι το μήκος του τμήματος κυκλώματος θερμότητας, m;
  • ? – συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας του υλικού, W / (m · K) ·
  • S – διατομή της περιοχής, m2.

Παράγοντες που επηρεάζουν την απώλεια θερμότητας

Οι θερμικές διεργασίες συσχετίζονται καλά με τις ηλεκτρικές: η διαφορά θερμοκρασίας δρα στο ρόλο της τάσης, η ροή θερμότητας μπορεί να θεωρηθεί ως η ισχύς του ρεύματος, αλλά για αντίσταση, δεν χρειάζεται καν να εφεύρετε τον δικό σας όρο. Επίσης, η έννοια της ελάχιστης αντίστασης, η οποία εμφανίζεται στη μηχανική θέρμανσης ως κρύες γέφυρες, είναι επίσης πλήρως έγκυρη..

Εάν εξετάσουμε ένα αυθαίρετο υλικό στην ενότητα, είναι πολύ εύκολο να προσδιορίσετε τη διαδρομή ροής θερμότητας τόσο σε μικρο όσο και σε μακρο επίπεδο. Ως το πρώτο μοντέλο, θα πάρουμε ένα τσιμεντένιο τείχος, στον οποίο, από τεχνολογική ανάγκη, μέσω στερέωσης γίνονται με χαλύβδινες ράβδους αυθαίρετου τμήματος. Ο χάλυβας διεξάγει θερμότητα κάπως καλύτερη από το σκυρόδεμα, ώστε να μπορούμε να διακρίνουμε τρεις κύριες ροές θερμότητας:

  • μέσω του πάχους του σκυροδέματος
  • μέσω χαλύβδινων ράβδων
  • από χαλύβδινες ράβδους έως σκυρόδεμα

Απώλεια θερμότητας μέσω ψυχρών γεφυρών σε σκυρόδεμαΑπώλεια θερμότητας μέσω ψυχρών γεφυρών σε σκυρόδεμα

Το τελευταίο μοντέλο ροής θερμότητας είναι το πιο ενδιαφέρον. Δεδομένου ότι η χαλύβδινη ράβδος θερμαίνεται πιο γρήγορα, θα υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των δύο υλικών πιο κοντά στο εξωτερικό του τοίχου. Έτσι, ο χάλυβας όχι μόνο «αντλίες» θερμαίνει προς τα έξω από μόνο του, αλλά αυξάνει επίσης τη θερμική αγωγιμότητα των γειτονικών μάζων σκυροδέματος.

Σε πορώδη μέσα, οι θερμικές διεργασίες προχωρούν με παρόμοιο τρόπο. Σχεδόν όλα τα δομικά υλικά αποτελούνται από έναν διακλαδισμένο ιστό στερεών, ο χώρος μεταξύ του οποίου είναι γεμάτος με αέρα. Έτσι, ένα στερεό, πυκνό υλικό χρησιμεύει ως ο κύριος αγωγός της θερμότητας, αλλά λόγω της πολύπλοκης δομής του, η διαδρομή κατά την οποία διαδίδεται η θερμότητα αποδεικνύεται μεγαλύτερη από τη διατομή. Έτσι, ο δεύτερος παράγοντας που καθορίζει τη θερμική αντίσταση είναι η ετερογένεια κάθε στρώματος και του κελύφους του κτιρίου ως σύνολο..

Μείωση της απώλειας θερμότητας και μετατόπιση του σημείου δρόσου στη μόνωση με εξωτερική μόνωση τοίχουΜείωση της απώλειας θερμότητας και μετατόπιση του σημείου δρόσου στη μόνωση με εξωτερική μόνωση τοίχου

Ο τρίτος παράγοντας που επηρεάζει τη θερμική αγωγιμότητα είναι η συσσώρευση υγρασίας στους πόρους. Το νερό έχει θερμική αντίσταση 20-25 φορές χαμηλότερη από εκείνη του αέρα, οπότε αν γεμίσει τους πόρους, η συνολική θερμική αγωγιμότητα του υλικού γίνεται ακόμη μεγαλύτερη από ό, τι εάν δεν υπήρχαν καθόλου πόροι. Όταν το νερό παγώνει, η κατάσταση γίνεται ακόμη χειρότερη: η θερμική αγωγιμότητα μπορεί να αυξηθεί έως και 80 φορές. Η πηγή υγρασίας είναι συνήθως αέρας δωματίου και ατμοσφαιρική βροχόπτωση. Κατά συνέπεια, οι τρεις κύριες μέθοδοι αντιμετώπισης αυτού του φαινομένου είναι η εξωτερική στεγανοποίηση των τοιχωμάτων, η χρήση προστασίας από ατμό και ο υπολογισμός της συσσώρευσης υγρασίας, ο οποίος γίνεται αναγκαστικά παράλληλα με την πρόβλεψη απώλειας θερμότητας..

Διαφοροποιημένα σχήματα υπολογισμού

Ο απλούστερος τρόπος για να προσδιορίσετε το ποσό της απώλειας θερμότητας σε ένα κτίριο είναι να αθροίσετε τις τιμές της ροής θερμότητας μέσω των κατασκευών που αποτελούν το κτίριο. Αυτή η τεχνική λαμβάνει πλήρως υπόψη τη διαφορά στη δομή των διαφόρων υλικών, καθώς και τις ιδιαιτερότητες της ροής θερμότητας μέσω αυτών και στους κόμβους του στηρίγματος του ενός επιπέδου στο άλλο. Μια τέτοια διχοτομική προσέγγιση απλοποιεί σημαντικά το έργο, επειδή διαφορετικές δομές εγκλεισμού μπορούν να διαφέρουν σημαντικά στο σχεδιασμό συστημάτων θερμικής προστασίας. Συνεπώς, με μια ξεχωριστή μελέτη, είναι ευκολότερο να προσδιοριστεί το ποσό της απώλειας θερμότητας, επειδή για αυτό παρέχονται διάφορες μέθοδοι υπολογισμού:

  • Για τοιχώματα, οι διαρροές θερμότητας είναι ποσοτικά ίσες με τη συνολική έκταση πολλαπλασιαζόμενη με την αναλογία της διαφοράς θερμοκρασίας προς τη θερμική αντίσταση. Σε αυτήν την περίπτωση, πρέπει να ληφθεί υπόψη ο προσανατολισμός των τοίχων στα βασικά σημεία για να ληφθεί υπόψη η θέρμανσή τους κατά τη διάρκεια της ημέρας, καθώς και η ανατίναξη των κτιριακών κατασκευών.
  • Για τα δάπεδα, η τεχνική είναι η ίδια, αλλά λαμβάνει υπόψη την παρουσία ενός χώρου σοφίτας και τον τρόπο λειτουργίας του. Επίσης, η θερμοκρασία δωματίου λαμβάνεται ως τιμή 3-5 ° C υψηλότερη, η υπολογιζόμενη υγρασία αυξάνεται επίσης κατά 5-10%.
  • Η απώλεια θερμότητας μέσω του δαπέδου υπολογίζεται zonally, περιγράφοντας τις ζώνες κατά μήκος της περιμέτρου του κτηρίου. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η θερμοκρασία του εδάφους κάτω από το δάπεδο είναι υψηλότερη στο κέντρο του κτιρίου σε σύγκριση με το τμήμα θεμελίωσης.
  • Η ροή θερμότητας μέσω των υαλοπινάκων καθορίζεται από τα δεδομένα διαβατηρίου των παραθύρων, πρέπει επίσης να λάβετε υπόψη τον τύπο στήριξης των παραθύρων στους τοίχους και το βάθος των πλαγιών.

Q = S (?Τ / Ρτ)

Οπου:

  • Q – απώλεια θερμότητας, W;
  • S – περιοχή τοίχου, m2;
  • – διαφορά θερμοκρασίας μέσα και έξω από το δωμάτιο, ° С
  • Ρτ – αντίσταση στη μεταφορά θερμότητας, m2° С / Δ.

Παράδειγμα υπολογισμού

Πριν προχωρήσουμε στο παράδειγμα επίδειξης, ας απαντήσουμε στην τελευταία ερώτηση: πώς να υπολογίσετε σωστά την ολοκληρωμένη θερμική αντίσταση σύνθετων πολυστρωματικών δομών; Αυτό, φυσικά, μπορεί να γίνει με το χέρι, καθώς δεν υπάρχουν πολλοί τύποι βάσεων και συστημάτων μόνωσης που χρησιμοποιούνται στη σύγχρονη κατασκευή. Ωστόσο, είναι μάλλον δύσκολο να ληφθεί υπόψη η παρουσία διακοσμητικών φινιρισμάτων, εσωτερικών και προσόψεων, καθώς και η επίδραση όλων των μεταβατικών και άλλων παραγόντων · είναι καλύτερα να χρησιμοποιείτε αυτοματοποιημένους υπολογισμούς. Ένας από τους καλύτερους πόρους δικτύου για τέτοιες εργασίες είναι το smartcalc.ru, το οποίο σχεδιάζει επιπλέον ένα διάγραμμα μετατόπισης σημείου δρόσου ανάλογα με τις κλιματολογικές συνθήκες.

Ηλεκτρονική αριθμομηχανή θερμικής μηχανικής για την κατασκευή φακέλων

Για παράδειγμα, ας πάρουμε ένα αυθαίρετο κτίριο, αφού μελετήσουμε την περιγραφή του οποίου ο αναγνώστης θα μπορεί να κρίνει το σύνολο των αρχικών δεδομένων που απαιτούνται για τον υπολογισμό. Υπάρχει μια μονοκατοικία κανονικού ορθογώνιου σχήματος με διαστάσεις 8,5×10 m και ύψος οροφής 3,1 m, που βρίσκεται στην περιοχή του Λένινγκραντ. Το σπίτι έχει ένα μη μονωμένο δάπεδο στο έδαφος με σανίδες σε κορμούς με κενό αέρα, το ύψος του δαπέδου είναι 0,15 μ. Υψηλότερο από το σημάδι σχεδιασμού του εδάφους. Υλικό τοίχου – μονόλιθος σκωρίας πάχους 42 cm με εσωτερικό τσιμέντο-ασβεστοκονίαμα πάχους έως 30 mm και εξωτερικό σκουριά τσιμέντου τύπου «γούνινο παλτό» πάχους έως 50 mm. Συνολική επιφάνεια υαλοπινάκων – 9,5 μ2, ως παράθυρα χρησιμοποιήθηκε μια μονάδα με διπλά τζάμια σε προφίλ εξοικονόμησης θερμότητας με μέση θερμική αντίσταση 0,32 m2° С / Δ. Η επικάλυψη έγινε σε ξύλινα δοκάρια: ο πυθμένας σοβάτισε κατά μήκος των βοτσάλων, γέμισε με σκωρία υψικαμίνου και καλύφθηκε με επίστρωμα από πηλό στην κορυφή, πάνω από την οροφή υπήρχε σοφίτα ψυχρού τύπου. Ο στόχος του υπολογισμού της απώλειας θερμότητας είναι ο σχηματισμός ενός συστήματος θερμικής προστασίας των τοίχων.

Πάτωμα

Το πρώτο βήμα είναι να προσδιορίσετε την απώλεια θερμότητας μέσω του δαπέδου. Δεδομένου ότι το μερίδιό τους στη συνολική εκροή θερμότητας είναι το μικρότερο, και επίσης λόγω μεγάλου αριθμού μεταβλητών (πυκνότητα και τύπος εδάφους, βάθος κατάψυξης, μαζικότητα της θεμελίωσης κ.λπ.), ο υπολογισμός της απώλειας θερμότητας πραγματοποιείται σύμφωνα με μια απλοποιημένη μέθοδο χρησιμοποιώντας τη μειωμένη αντίσταση μεταφοράς θερμότητας. Κατά μήκος της περιμέτρου του κτιρίου, ξεκινώντας από τη γραμμή επαφής με την επιφάνεια του εδάφους, περιγράφονται τέσσερις ζώνες – περιβάλλουν ρίγες πλάτους 2 μέτρων. Για καθεμία από τις ζώνες, λαμβάνεται η δική του τιμή μειωμένης αντίστασης στη μεταφορά θερμότητας. Στην περίπτωσή μας, υπάρχουν τρεις ζώνες με επιφάνεια 74, 26 και 1 m2. Μην μπερδεύεστε από το συνολικό άθροισμα των εκτάσεων των ζωνών, το οποίο είναι μεγαλύτερο από το εμβαδόν του κτηρίου κατά 16 m2, Ο λόγος γι ‘αυτό είναι ο διπλός υπολογισμός των τεμνόμενων λωρίδων της πρώτης ζώνης στις γωνίες, όπου η απώλεια θερμότητας είναι πολύ υψηλότερη σε σύγκριση με τα τμήματα κατά μήκος των τοιχωμάτων. Εφαρμογή τιμών αντίστασης μεταφοράς θερμότητας 2,1, 4,3 και 8,6 m2° С / W για τις ζώνες ένα έως τρία, προσδιορίζουμε τη ροή θερμότητας σε κάθε ζώνη: 1,23, 0,21 και 0,05 kW, αντίστοιχα.

Τείχη

Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα εδάφους, καθώς και τα υλικά και το πάχος των στρωμάτων που σχηματίζουν τους τοίχους, πρέπει να συμπληρώσετε τα κατάλληλα πεδία στην υπηρεσία smartcalc.ru που αναφέρεται παραπάνω. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα του υπολογισμού, η αντίσταση μεταφοράς θερμότητας είναι ίση με 1,13 m2° С / W και η ροή θερμότητας στον τοίχο είναι 18,48 W ανά τετραγωνικό μέτρο. Με συνολική επιφάνεια τοίχου (εκτός υαλοπινάκων) 105,2 m2 Η συνολική απώλεια θερμότητας μέσω των τοιχωμάτων είναι 1,95 kW / h. Σε αυτήν την περίπτωση, η απώλεια θερμότητας μέσω των παραθύρων θα είναι 1,05 kW.

Επικάλυψη και στέγη

Ο υπολογισμός της απώλειας θερμότητας μέσω του δαπέδου της σοφίτας μπορεί επίσης να πραγματοποιηθεί στον ηλεκτρονικό υπολογιστή, επιλέγοντας τον επιθυμητό τύπο δομών εγκλεισμού. Ως αποτέλεσμα, η αντίσταση του δαπέδου στη μεταφορά θερμότητας είναι 0,66 m2° С / W και η απώλεια θερμότητας είναι 31,6 W ανά τετραγωνικό μέτρο, δηλαδή 2,7 kW από ολόκληρη την περιοχή της δομής περιβλήματος.

Η συνολική απώλεια θερμότητας σύμφωνα με τους υπολογισμούς είναι 7,2 kWh. Με αρκετά χαμηλή ποιότητα δομικών κατασκευών, αυτός ο δείκτης είναι προφανώς πολύ χαμηλότερος από τον πραγματικό. Στην πραγματικότητα, ένας τέτοιος υπολογισμός είναι εξιδανικευμένος, δεν λαμβάνει υπόψη τους ειδικούς συντελεστές, τη ροή αέρα, το στοιχείο μεταφοράς της μεταφοράς θερμότητας, τις απώλειες μέσω του αερισμού και των θυρών εισόδου. Στην πραγματικότητα, λόγω της κακής ποιότητας τοποθέτησης των παραθύρων, της έλλειψης προστασίας στο στήριγμα της οροφής στο Mauerlat και της κακής στεγανοποίησης των τοίχων από το θεμέλιο, η πραγματική απώλεια θερμότητας μπορεί να είναι 2 ή και 3 φορές υψηλότερη από την υπολογιζόμενη. Παρ ‘όλα αυτά, ακόμη και βασικές μελέτες θερμικής μηχανικής βοηθούν στον προσδιορισμό του κατά πόσον οι κατασκευές ενός υπό κατασκευή σπιτιού θα πληρούν τις υγειονομικές προδιαγραφές τουλάχιστον κατά την πρώτη προσέγγιση..

Απώλεια θερμότητας στο σπίτιΑπώλεια θερμότητας στο σπίτι

Τέλος, θα δώσουμε μια σημαντική πρόταση: εάν θέλετε πραγματικά να κατανοήσετε πλήρως τη θερμική φυσική ενός συγκεκριμένου κτηρίου, πρέπει να χρησιμοποιήσετε την κατανόηση των αρχών που περιγράφονται σε αυτήν την κριτική και την ειδική βιβλιογραφία. Για παράδειγμα, το βιβλίο αναφοράς της Elena Malyavina “Απώλεια θερμότητας ενός κτιρίου” μπορεί να είναι πολύ καλή βοήθεια σε αυτό το θέμα, όπου η εξειδίκευση των διαδικασιών θερμικής μηχανικής εξηγείται με μεγάλη λεπτομέρεια, δίνονται σύνδεσμοι προς τα απαραίτητα κανονιστικά έγγραφα, καθώς και παραδείγματα υπολογισμών και όλες οι απαραίτητες πληροφορίες αναφοράς.

Βαθμολογήστε το άρθρο
( No ratings yet )
Κοινοποίηση σε φίλους
Συμβουλές για οποιοδήποτε θέμα από ειδικούς
Πρόσθεσε ένα σχόλιο

Κάνοντας κλικ στο κουμπί "Υποβολή σχολίου", αποδέχομαι την επεξεργασία προσωπικών δεδομένων και αποδέχομαι την πολιτική απορρήτου