Beregning av varmetap av et privat hus med eksempler

For at huset ditt ikke skal vise seg å være en bunnløs grop for oppvarmingskostnader, foreslår vi å studere de grunnleggende retningene for varmeteknisk forskning og beregningsmetodikk. Uten foreløpig beregning av termisk permeabilitet og akkumulering av fuktighet går hele essensen av boligbygging tapt.

Innholdsfortegnelse i artikkelen

1. Fysikk i varmetekniske prosesser
2. Begrepet motstand mot varmeoverføring
3. Faktorer som påvirker varmetap
4. Differensierte beregningsordninger
5. Beregningseksempel

Fysikk i varmetekniske prosesser

Ulike fysiske områder har mye til felles for å beskrive fenomenene de studerer. Slik er det innen varmeteknikk: prinsippene som beskriver termodynamiske systemer klarer tydelig å resonere med grunnleggende elementer i elektromagnetisme, hydrodynamikk og klassisk mekanikk. Vi snakker tross alt om å beskrive den samme verdenen, så det er ikke overraskende at modellene for fysiske prosesser er preget av noen fellestrekk på mange forskningsområder..

Essensen av termiske fenomener er lett å forstå. Temperaturen på et legeme eller graden av oppvarming er ikke annet enn et mål på intensiteten av vibrasjoner av de elementære partiklene som utgjør dette legemet. Selvfølgelig, når to partikler kolliderer, vil den med det høyere energinivået overføre energi til partikkelen med lavere energi, men aldri omvendt. Imidlertid er dette ikke den eneste måten å utveksle energi, overføring er også mulig ved hjelp av kvanta av termisk stråling. I dette tilfellet er nødvendigvis det grunnleggende prinsippet bevart: et kvantum som sendes ut av et mindre oppvarmet atom, er ikke i stand til å overføre energi til en varmere elementær partikkel. Den reflekterer ganske enkelt fra den og forsvinner enten sporløst, eller overfører energien til et annet atom med mindre energi.

Termodynamikk er bra fordi prosessene som foregår i den er absolutt visuelle og kan tolkes under dekke av forskjellige modeller. Hovedsaken er å overholde grunnleggende postulater som loven om energioverføring og termodynamisk likevekt. Så hvis ideen din er i samsvar med disse reglene, vil du lett forstå teknikken for beregning av varmeteknikk fra og til.

Begrepet motstand mot varmeoverføring

Materialets evne til å overføre varme kalles termisk ledningsevne. Generelt sett er det alltid høyere, jo høyere stoffets tetthet og jo bedre er strukturen tilpasset for å overføre kinetiske svingninger.

Sammenligning av energieffektivitet av forskjellige byggematerialer

Termisk motstand er en mengde omvendt proporsjonal med varmeledningsevne. For hvert materiale tar denne egenskapen unike verdier avhengig av struktur, form og en rekke andre faktorer. For eksempel kan effektiviteten av varmeoverføring i tykkelsen på materialer og i sone for deres kontakt med andre medier variere, spesielt hvis det er minst et minimum mellomlag av materie i en annen samlet tilstand mellom materialene. Termisk motstand er kvantitativt uttrykt som temperaturforskjellen delt på varmestrømningshastigheten:

R_t = (T₂ – T₁) / P

Hvor:

• R_t – termisk motstand på stedet, K / W;
• T₂ – temperaturen på begynnelsen av seksjonen, K;
• T₁ – temperaturen på enden av seksjonen, K;
• P – varmefluks, W.

I forbindelse med beregning av varmetap spiller termisk motstand en avgjørende rolle. Enhver lukkende konstruksjon kan representeres som en plan-parallell hindring for varmestrømningsbanen. Dens totale termiske motstand er summen av motstandene til hvert lag, mens alle partisjoner er lagt til en romlig struktur, som faktisk er en bygning.

R_t = l / (? s)

Hvor:

• R_t – termisk motstand av kretsdelen, K / W;
• l er lengden på varmekretsseksjonen, m;
• ? – koeffisient for varmeledningsevne for materialet, W / (m · K);
• S – tverrsnittsareal på stedet, m².

Faktorer som påvirker varmetap

Termiske prosesser korrelerer godt med elektriske prosesser: temperaturforskjellen virker i rollen som spenning, varmefluxen kan betraktes som styrken til strømmen, men for motstand trenger du ikke en gang å finne opp ditt eget begrep. Dessuten er konseptet minst motstand, som fremstår i varmeteknikk som kuldebroer, også fullt gyldig..

Hvis vi betrakter et vilkårlig materiale i snitt, er det ganske enkelt å etablere varmestrømningsveien på både mikro- og makronivå. Som den første modellen vil vi ta en betongvegg, der teknologisk nødvendiggjøres gjennom festinger med stålstenger av en vilkårlig seksjon. Stål leder varmen noe bedre enn betong, slik at vi kan skille tre hovedvarmeflukser:

• gjennom tykkelsen på betong
• gjennom stålstenger
• fra stålstenger til betong

Varmetap gjennom kalde broer i betong

Den siste varmestrømningsmodellen er den mest interessante. Siden stålstangen varmes opp raskere, vil det være en temperaturforskjell mellom de to materialene nærmere utsiden av veggen. Således «pumper» stål ikke bare varme ut av seg selv, det øker også varmeledningsevnen til tilstøtende masser av betong.

I porøse medier fortsetter termiske prosesser på lignende måte. Nesten alle byggematerialer består av en forgrenet bane av fast stoff, hvor mellomrommet er fylt med luft. Dermed er hovedlederen for varme et solid, tett materiale, men på grunn av den komplekse strukturen, viser banen at varmen forplantes seg å være større enn tverrsnittet. Den andre faktoren som bestemmer termisk motstand er således heterogeniteten til hvert lag og den omsluttende strukturen som helhet..

Reduserer varmetap og forskyver duggpunktet i isolasjonen med utvendig veggisolering

Den tredje faktoren som påvirker varmeledningsevnen er akkumulering av fuktighet i porene. Vann har en termisk motstand 20–25 ganger lavere enn for luft, så hvis det fyller porene, blir den totale termiske ledningsevnen til materialet enda høyere enn om det ikke var noen porer i det hele tatt. Når vann fryser, blir situasjonen enda verre: den termiske ledningsevnen kan øke opp til 80 ganger. Kilden til fuktighet er vanligvis romluft og atmosfærisk nedbør. Følgelig er de tre hovedmetodene for å håndtere dette fenomenet ekstern vanntetting av vegger, bruk av dampbeskyttelse og beregning av fuktakkumulering, som nødvendigvis utføres parallelt med å forutsi varmetap..

Differensierte beregningsordninger

Den enkleste måten å etablere mengden varmetap i et bygg er å oppsummere varmestrømmen gjennom konstruksjonene som utgjør bygningen. Denne teknikken tar fullt hensyn til forskjellen i strukturen til forskjellige materialer, så vel som spesifisiteten til varmestrømmen gjennom dem og i nodene til anlegget til et plan til et annet. Denne dikotome tilnærmingen forenkler oppgaven i stor grad, fordi forskjellige lukkende strukturer kan avvike betydelig i utformingen av termiske beskyttelsessystemer. Følgelig, med en egen studie, er det lettere å bestemme mengden varmetap, fordi for dette er det forskjellige beregningsmetoder:

• For vegger er varmelekkasjer kvantitativt lik det totale arealet multiplisert med forholdet mellom temperaturforskjellen og den termiske motstanden. I dette tilfellet må veggenees orientering mot kardinalpunktene tas i betraktning for å ta hensyn til deres oppvarming på dagtid, så vel som blåsekapasiteten til bygningskonstruksjoner.
• For gulv er teknikken den samme, men den tar hensyn til tilstedeværelsen av et loftrom og dens driftsmåte. I tillegg blir romtemperaturen tatt til en verdi av 3-5 ° C høyere, den beregnede luftfuktigheten økes også med 5-10%.
• Varmetap gjennom gulvet beregnes zonalt, og beskriver beltene langs bygningens omkrets. Dette skyldes det faktum at temperaturen på jorda under gulvet er høyere i sentrum av bygningen sammenlignet med fundamentet..
• Varmestrømmen gjennom vinduet bestemmes av passdataene til vinduene, du må også ta hensyn til typen av støtten til vinduene til veggene og dybden på bakken.

Q = S (?T / R_t)

Hvor:

• Q – varmetap, W;
• S – veggområde, m²;
• ?T – temperaturforskjell i og utenfor rommet, ° С;
• R_t – motstand mot varmeoverføring, m²° С / W.

Beregningseksempel

Før vi går videre til et demoeksempel, la oss svare på det siste spørsmålet: hvordan du beregner den integrerte termiske motstanden til komplekse flerlagsstrukturer på riktig måte? Dette kan selvfølgelig gjøres manuelt, siden det ikke er mange typer bærende baser og isolasjonssystemer som brukes i moderne konstruksjon. Imidlertid er det ganske vanskelig å ta hensyn til tilstedeværelsen av dekorative overflater, interiør og fasadepuss, samt påvirkningen fra alle transienter og andre faktorer; det er bedre å bruke automatiserte beregninger. En av de beste nettverksressursene for slike oppgaver er smartcalc.ru, som i tillegg tegner et duggpunktskiftdiagram avhengig av klimatiske forhold.

La oss for eksempel ta en vilkårlig bygning etter å ha undersøkt beskrivelsen som leseren vil være i stand til å bedømme settet med opprinnelige data som kreves for beregningen. Det er et etasjes hus med en vanlig rektangulær form med dimensjoner på 8,5×10 m og en takhøyde på 3,1 m, som ligger i Leningrad-regionen. Huset har et uisolert gulv på bakken med tavler på tømmerstokker med et luftspalte, gulvhøyden er 0,15 m høyere enn markplanleggingsmerket på stedet. Veggmateriale – slaggmonolit 42 cm tykt med innvendig sement-kalkpuss opptil 30 mm tykt og utvendig slaggsementpuss av typen «pelsfrakk» opp til 50 mm tykt. Totalt vinduer – 9,5 moh², en dobbelglasert enhet i en varmebesparende profil med en gjennomsnittlig termisk motstand på 0,32 m ble brukt som vinduer²° С / W. Overlappingen er laget på trebjelker: bunnen er pusset langs helvetesild, fylt med masovnsslagg og dekket med en leirmasse på toppen, over taket er det et kaldt loft. Oppgaven med å beregne varmetap er dannelsen av et termisk beskyttelsessystem i veggen.

Gulv

Det første trinnet er å bestemme varmetapet gjennom gulvet. Siden deres andel i den totale varmeutstrømningen er den minste, og også på grunn av et stort antall variabler (tetthet og type jord, frysedybde, fundamentets massivitet, etc.), blir beregningen av varmetap utført etter en forenklet metode ved bruk av redusert varmeoverføringsmotstand. Langs bygningens omkrets, med start fra kontaktlinjen med jordoverflaten, er fire soner beskrevet – omringende strimler som er 2 meter brede. For hver av sonene tas dens egen verdi av den reduserte varmeoverføringsmotstanden. I vårt tilfelle er det tre soner med et område på 74, 26 og 1 m². Ikke bli forvirret av den totale summen av sonearealene, som er mer enn bygningens areal med 16 meter², grunnen til dette er dobbelt omberegning av kryssende strimler i den første sonen i hjørnene, der varmetapet er mye høyere sammenlignet med seksjonene langs veggene. Bruk av varmeoverføringsmotstandverdier på 2,1, 4,3 og 8,6 m²° С / W for soner en til tre, bestemmer vi varmefluxen gjennom hver sone: henholdsvis 1,23, 0,21 og 0,05 kW.

vegger

Ved å bruke terrengdataene, så vel som materialene og tykkelsen på lagene som danner veggene, må du fylle ut de aktuelle feltene på smartcalc.ru-tjenesten som er nevnt over. I følge resultatene fra beregningen viser varmeoverføringsmotstanden seg å være lik 1,13 m²° С / W, og varmefluxen gjennom veggen er 18,48 W per kvadratmeter. Med et totalveggareal (unntatt vinduer) på 105,2 moh² totalt varmetap gjennom veggene er 1,95 kWh. I dette tilfellet vil varmetapet gjennom vinduene være 1,05 kW.

Overlapping og tak

Beregning av varmetap gjennom loftet kan også utføres i den elektroniske kalkulatoren ved å velge ønsket type lukkende strukturer. Som et resultat er gulvmotstanden mot varmeoverføring 0,66 moh²° С / W, og varmetapet er 31,6 W per kvadratmeter, det vil si 2,7 kW fra hele området til den omsluttende strukturen.

Det totale varmetapet i henhold til beregninger er 7,2 kWh. Med en tilstrekkelig lav kvalitet på bygningskonstruksjoner er dette tallet åpenbart mye lavere enn det reelle. Faktisk er en slik beregning idealisert, den tar ikke hensyn til spesielle koeffisienter, luftstrøm, konveksjonskomponent for varmeoverføring, tap gjennom ventilasjon og inngangsdører. På grunn av installasjon av vinduer av dårlig kvalitet, manglende beskyttelse ved taket til Mauerlat og dårlig vanntetting av veggene fra fundamentet, kan virkelige varmetap være til og med 3 ganger høyere enn de beregnede. Likevel er til og med grunnleggende varmetekniske studier med på å avgjøre om konstruksjonene i et hus under bygging vil oppfylle sanitærstandarder i det minste i den første tilnærmingen..

Varmetap hjemme

Til slutt vil vi gi en viktig anbefaling: Hvis du virkelig ønsker å få en fullstendig forståelse av den termiske fysikken i en bestemt bygning, må du bruke forståelsen av prinsippene beskrevet i denne gjennomgangen og den spesialiserte litteraturen. For eksempel kan Elena Malyavinas referansebok «Varmetap av en bygning» være en veldig god hjelp i denne saken, hvor spesifisiteten til varmetekniske prosesser blir forklart i detalj, lenker til nødvendige forskriftsdokumenter er gitt, samt eksempler på beregninger og all nødvendig referanseinformasjon.