Beräkning av värmeförlust i ett privat hus med exempel

Så att ditt hus inte visar sig vara en bottenlös grop för uppvärmningskostnader föreslår vi att du studerar de grundläggande riktningarna för forskning om värmeteknik och beräkningsmetodik. Utan preliminär beräkning av termisk permeabilitet och ansamling av fukt går hela kärnan i bostadsbyggandet förlorad.

Fysik i värmetekniska processer

Olika fysikområden har mycket gemensamt för att beskriva de fenomen de studerar. Så är det inom värmeteknik: principerna som beskriver termodynamiska system klarar klart och tydligt med grunderna i elektromagnetism, hydrodynamik och klassisk mekanik. När allt kommer omkring talar vi om att beskriva samma värld, så det är inte förvånande att modellerna för fysiska processer kännetecknas av några gemensamma drag på många forskningsområden..

Kärnan i termiska fenomen är lätt att förstå. Temperaturen på en kropp eller graden av uppvärmning är inget annat än ett mått på intensiteten hos vibrationer hos de elementära partiklarna som utgör denna kropp. Uppenbarligen, när två partiklar kolliderar, kommer den med den högre energinivån att överföra energi till partikeln med lägre energi, men aldrig tvärtom. Detta är emellertid inte det enda sättet att utbyta energi, överföring är också möjlig med hjälp av en kvantitet av termisk strålning. I detta fall bevaras grundprincipen nödvändigtvis: en kvantitet som släpps ut av en mindre uppvärmd atom kan inte överföra energi till en hetare elementär partikel. Det speglar helt enkelt från det och antingen försvinner spårbart, eller överför sin energi till en annan atom med mindre energi.

Termodynamik är bra eftersom processerna som äger rum i den är absolut visuella och kan tolkas under olika former. Det viktigaste är att följa grundläggande postulater som lagen om energiöverföring och termodynamisk jämvikt. Så om din idé överensstämmer med dessa regler, kommer du lätt att förstå tekniken för beräkning av värmeteknik från och till.

Begreppet motstånd mot värmeöverföring

Förmågan hos ett material att överföra värme kallas värmeledningsförmåga. I det allmänna fallet är det alltid högre, desto högre är ämnets densitet och desto bättre är dess struktur anpassad för att överföra kinetiska svängningar.

Jämförelse av energieffektivitet hos olika byggmaterial

Värmebeständighet är en kvantitet omvänt proportionell mot värmeledningsförmåga. För varje material tar denna egenskap unika värden beroende på struktur, form och ett antal andra faktorer. Exempelvis kan effektiviteten för värmeöverföring i materialens tjocklek och i zonen för deras kontakt med andra media variera, särskilt om det finns åtminstone ett minimalt mellanlager av material i ett annat aggregerat tillstånd mellan materialen. Termisk motstånd uttrycks kvantitativt som temperaturskillnaden dividerad med värmeströmningshastigheten:

R_t = (T₂ – T₁) / P

Var:

• R_t – värmebeständighet för platsen, K / W;
• T₂ – temperaturen i början av sektionen, K;
• T₁ – temperaturen på sektionens slut, K;
• P – värmeflöde, W.

I samband med beräkning av värmeförlust spelar värmemotstånd en avgörande roll. Varje inneslutande struktur kan representeras som ett plan-parallellt hinder för värmeströmningsvägen. Dess totala termiska motstånd är summan av motståndet i varje lager, medan alla partitioner läggs till en rumslig struktur, som i själva verket är en byggnad.

R_t = l / (? S)

Var:

• R_t – kretsavsnittets termiska motstånd, K / W;
• l är längden på värmekretsavsnittet, m;
• ? – koefficient för värmeledningsförmåga hos materialet, W / (m · K);
• S – platsens tvärsnittsarea, m².

Faktorer som påverkar värmeförlust

Termiska processer korrelerar bra med elektriska processer: temperaturskillnaden verkar i rollen som spänning, värmeflödet kan betraktas som strömstyrkan, men för motstånd behöver du inte ens uppfinna din egen term. Dessutom är begreppet minst motstånd, som förekommer inom värmeproduktion som kalla broar, också fullt giltigt..

Om vi ​​betraktar ett godtyckligt material i sektion, är det ganska enkelt att fastställa värmeflödesvägen på både mikro- och makronivåer. Som den första modellen kommer vi att ta en betongvägg, där teknologiskt nödvändigt, genom fästen görs med stålstänger av en godtycklig sektion. Stål leder värme något bättre än betong, så vi kan skilja tre huvudvärmeflöden:

• genom tjockleken på betong
• genom stålstänger
• från stålstänger till betong

Värmeförlust genom kalla broar i betong

Den sista värmeflödesmodellen är den mest intressanta. Eftersom stålstången värms upp snabbare kommer det att finnas en temperaturskillnad mellan de två materialen närmare utsidan av väggen. Således ”pumpar” stål inte bara värme utåt av sig självt, utan ökar också värmeledningsförmågan hos intilliggande massor av betong.

I porösa medier fortsätter termiska processer på liknande sätt. Nästan alla byggnadsmaterial består av en grenad bana av fast material, vars utrymme är fylld med luft. Således är huvudledaren för värme ett fast, tätt material, men på grund av den komplexa strukturen, visar sig banan längs vilken värmen utbreder sig vara större än tvärsnittet. Således är den andra faktorn som bestämmer termisk motstånd heterogeniteten hos varje skikt och den inneslutande strukturen som helhet..

Minska värmeförlusten och flytta daggpunkten till isoleringen med yttre väggisolering

Den tredje faktorn som påverkar värmeledningsförmågan är ansamling av fukt i porerna. Vatten har en värmebeständighet 20–25 gånger lägre än luftens, så om det fyller porerna blir materialets totala värmeledningsförmåga ännu högre än om det inte fanns några porer alls. När vatten fryser blir situationen ännu värre: värmeledningsförmågan kan öka upp till 80 gånger. Fuktkällan är vanligtvis rumsluft och atmosfärisk nederbörd. Följaktligen är de tre huvudmetoderna för att hantera detta fenomen extern vattentätning av väggar, användning av ångskydd och beräkning av fuktansamling, vilket nödvändigtvis utförs parallellt med att förutsäga värmeförlust..

Differentierade beräkningssystem

Det enklaste sättet att fastställa mängden värmeförlust i en byggnad är att summera värmeflödet genom de strukturer som utgör byggnaden. Denna teknik tar helt hänsyn till skillnaden i strukturen för olika material, liksom specificiteten hos värmeflödet genom dem och i noderna för anliggningen från ett plan till ett annat. Detta dikotome tillvägagångssätt förenklar uppgiften kraftigt, eftersom olika inneslutna strukturer kan skilja sig avsevärt i utformningen av värmeskyddssystem. Följaktligen är det med en separat studie lättare att bestämma mängden värmeförlust, eftersom det för detta finns olika beräkningsmetoder:

• För väggar är värmeläckage kvantitativt lika med det totala området multiplicerat med förhållandet mellan temperaturskillnaden och den termiska motståndet. I detta fall måste väggarnas orientering mot kardinalpunkterna beaktas för att ta hänsyn till deras uppvärmning på dagtid, såväl som byggnadskonstruktionernas blåsförmåga.
• För golv är tekniken densamma, men den tar hänsyn till närvaron av ett vindutrymme och dess funktionssätt. Rumstemperaturen tas också som ett värde 3-5 ° C högre, den beräknade fuktigheten ökas också med 5-10%.
• Värmeförlust genom golvet beräknas zonalt och beskriver remmarna längs byggnadens omkrets. Detta beror på att temperaturen på marken under golvet är högre i centrum av byggnaden jämfört med grunden..
• Värmeflödet genom glaset bestäms av fönstrenas passdata, du måste också ta hänsyn till typen av anliggning av fönstren till väggarna och djupet i sluttningarna.

Q = S (?T / R_t)

Var:

• Q – värmeförlust, W;
• S – väggarea, m²;
• ?T – temperaturskillnad i och utanför rummet, ° С;
• R_t – motstånd mot värmeöverföring, m²° С / W.

Beräkningsexempel

Innan vi går vidare till ett demoexempel, låt oss svara på den sista frågan: hur man beräknar den integrerade termiska motståndet för komplexa flerskiktsstrukturer korrekt? Detta kan naturligtvis göras manuellt, eftersom det inte finns många typer av bärande baser och isoleringssystem som används i modern konstruktion. Det är emellertid ganska svårt att ta hänsyn till närvaron av dekorativa ytbehandlingar, inredning och fasadputs, liksom påverkan av alla transienter och andra faktorer; det är bättre att använda automatiserade beräkningar. En av de bästa nätverksresurserna för sådana uppgifter är smartcalc.ru, som dessutom ritar ett daggpunktskiftdiagram beroende på klimatförhållanden.

Låt oss till exempel ta en godtycklig byggnad efter att ha granskat beskrivningen som läsaren kommer att kunna bedöma den uppsättning initialdata som krävs för beräkningen. Det finns ett hus med en våning med en vanlig rektangulär form med måtten 8,5×10 m och en takhöjd på 3,1 m, belägen i Leningrad-regionen. Huset har ett oisolerat golv på marken med skivor på stockar med en luftgap, golvhöjden är 0,15 m högre än markplaneringsmärket på platsen. Väggmaterial – slaggmonolit 42 cm tjockt med inre cementkalkplåster upp till 30 mm tjocka och yttre slaggcementplåster av typen ”päls” upp till 50 mm tjocka. Total glasyta – 9,5 m², en dubbelglasad enhet i en värmebesparande profil med en genomsnittlig värmemotstånd på 0,32 m användes som fönster²° С / W. Överlappningen är gjord på träbjälkar: botten är gipsad på bältros, fylld med masugnsslagg och täckt med en lera avstrykning ovanpå, ovanför taket finns det en kall typ av vind. Uppgiften att beräkna värmeförlust är bildandet av ett termiskt skyddssystem för väggar.

Golv

Det första steget är att bestämma värmeförlusten genom golvet. Eftersom deras andel i det totala värmeutflödet är det minsta, och även på grund av det stora antalet variabler (täthet och typ av jord, frysdjup, stiftets massivitet etc.), beräknas värmeförlusten enligt en förenklad metod med det reducerade värmeöverföringsmotståndet. Längs byggnadens omkrets, med början från kontaktlinjen med jordytan, beskrivs fyra zoner – omringande remsor som är 2 meter breda. För var och en av zonerna tas dess eget värde på det reducerade värmeöverföringsmotståndet. I vårt fall finns det tre zoner med ett område på 74, 26 och 1 m². Förväxlas inte av den totala summan av områdena med zoner, som är 16 m större än byggnadens yta², orsaken till detta är den dubbla omberäkningen av de korsande remsorna i den första zonen i hörnen, där värmeförlusten är mycket högre jämfört med sektionerna längs väggarna. Tillämpa värmeöverföringsmotståndets värden på 2,1, 4,3 och 8,6 m²° С / W för zoner en till tre, bestämmer vi värmeflödet genom varje zon: 1,23, 0,21 respektive 0,05 kW.

väggar

Med hjälp av terrängdata, liksom materialen och tjockleken på de lager som bildar väggarna, måste du fylla i lämpliga fält i tjänsten smartcalc.ru som nämns ovan. Enligt beräkningsresultaten visar sig värmeöverföringsmotståndet vara lika med 1,13 m²° С / W, och värmeflödet genom väggen är 18,48 W per kvadratmeter. Med en total väggyta (exklusive glasering) på 105,2 m² total värmeförlust genom väggarna är 1,95 kWh. I detta fall är värmeförlusten genom fönstren 1,05 kW.

Överlappning och tak

Beräkning av värmeförlust genom vindgolvet kan också utföras i online-kalkylatorn genom att välja önskad typ av inneslutna strukturer. Som ett resultat är golvmotståndet mot värmeöverföring 0,66 m²° С / W, och värmeförlusten är 31,6 W per kvadratmeter, det vill säga 2,7 kW från hela den inneslutna strukturen.

Den totala totala värmeförlusten enligt beräkningar är 7,2 kWh. Med en tillräckligt låg kvalitet på byggnadskonstruktioner är denna siffra uppenbarligen mycket lägre än den verkliga. I själva verket är en sådan beräkning idealiserad, den tar inte hänsyn till speciella koefficienter, luftflöde, konvektionsdel för värmeöverföring, förluster genom ventilering och ingångsdörrar. På grund av dålig installation av fönster, brist på skydd vid taket mot Mauerlat och dålig tätning av väggarna från grunden kan verklig värmeförlust vara 2 eller till och med tre gånger högre än den beräknade. Ändå hjälper även grundläggande värmetekniska studier att avgöra om strukturerna i ett hus under uppbyggnad uppfyller sanitära standarder åtminstone under den första tillnärmningen..

Värmeförlust hemma

Slutligen kommer vi att ge en viktig rekommendation: om du verkligen vill få en fullständig förståelse för en viss byggnads termiska fysik, måste du använda förståelsen för principerna som beskrivs i denna översikt och den specialiserade litteraturen. Till exempel kan Elena Malyavinas referensbok ”Värmeförlust av en byggnad” vara en mycket bra hjälp i denna fråga, där specificiteten för värmekonstruktionsförfaranden förklaras i detalj, länkar till nödvändiga regleringsdokument ges, samt exempel på beräkningar och all nödvändig referensinformation.