Hoone soojustehniline arvutus: arvutuste eripära ja valemid + praktilised näited

Hoone kasutamisel on ebasoovitav nii ülekuumenemine kui ka külmumine. Kuldse kesktee leidmiseks võimaldab soojustehniline arvutus, mis pole vähem oluline kui ökonoomsuse, tugevuse, tulekindluse ja vastupidavuse arvutamine.

Lähtudes soojustehnilistest normidest, kliimaomadustest, auru- ja niiskusläbilaskvusest, valitakse materjalid piirdetarindite ehitamiseks. Kuidas seda arvutust teha, käsitleme artiklis.

Soojustehnilise arvutuse eesmärk

Hoone peamiste piirdetarindite soojustehnilistest omadustest sõltub palju. See hõlmab nii konstruktsioonielementide niiskust kui ka temperatuurinäitajaid, mis mõjutavad kondensaadi olemasolu või puudumist ruumide vaheseintel ja põrandatel.

Arvutus näitab, kas stabiilsed temperatuuri- ja niiskusnäitajad säilivad nii pluss- kui ka miinuskraadide juures. Nende näitajate hulka kuulub ka selline parameeter nagu soojushulk, mis kaob hoone piirdetarindite kaudu külmal perioodil.

Projekteerimist ei saa alustada ilma kõigi nende andmeteta. Nende põhjal valitakse seinte ja lagede paksus ning kihtide järjestus.

Vastavalt GOST 30494-96 määrusele on ruumide temperatuuriväärtused. Keskmiselt on see 21⁰. Samal ajal peab suhteline õhuniiskus püsima mugavuspiirides, mis on keskmiselt 37%. Suurim õhumassi liikumise kiirus on 0,15 m/s.

Soojustehniline arvutus seab eesmärgiks määrata:

1. Kas konstruktsioonid vastavad soojuskaitse seisukohast esitatud nõuetele?
2. Kas hoone sees tagatakse täiel määral mugav sisekliima?
3. Kas konstruktsioonide optimaalne soojuskaitse on tagatud?

Põhiprintsiip on sisekonstruktsioonide piirete ja ruumide temperatuuride erinevuse tasakaalu järgimine. Kui seda ei järgita, neelavad need pinnad soojust ja siseruumide temperatuur jääb väga madalaks.

Sisetemperatuuri ei tohiks soojusvoo muutused oluliselt mõjutada. Seda omadust nimetatakse soojakindluseks.

Soojusarvutuse teostamise teel määratakse seinte, lagede paksuse optimaalsed piirid (minimaalne ja maksimaalne). See tagab hoone pikaajalise ekspluatatsiooni ilma konstruktsioonide ekstreemse külmumise ja ülekuumenemiseta.

Arvutuste tegemise parameetrid

Soojusarvutuse teostamiseks on vaja algparameetreid.

Need sõltuvad mitmetest omadustest:

1. Hoone otstarbest ja tüübist.
2. Vertikaalsete piirdekonstruktsioonide orientatsioonist ilmakaarte suhtes.
3. Tulevase maja geograafilistest parameetritest.
4. Hoone mahust, korruselisusest, pindalast.
5. Uste ja akende avade tüüpidest ja mõõtmetest.
6. Kütteviisist ja selle tehnilistest parameetritest.
7. Püsielanike arvust.
8. Vertikaalsete ja horisontaalsete piirete materjalist.
9. Ülemise korruse laest.
10. Sooja veevarustuse olemasolust.
11. Ventilatsiooni tüübist.

Arvutuses võetakse arvesse ka muid hoone konstruktsioonilisi iseärasusi. Piirdekonstruktsioonide õhu läbilaskvus ei tohi soodustada maja liigset jahtumist ega vähendada elementide soojuskaitselisi omadusi.

Soojuskadusid põhjustab ka seinte liigniiskus, lisaks toob see kaasa niiskuse, mis mõjutab negatiivselt hoone vastupidavust.

Arvutusprotsessi käigus määratakse esmalt ehitusmaterjalide soojustehnilised andmed, millest hoone piirdeelemendid valmistatakse. Lisaks tuleb määrata taandatud soojusülekande takistus ja selle vastavus normväärtusele.

Arvutuse tegemise valemid

Maja kaotatava soojuse lekkeid saab jagada kaheks põhiosaks: kaod läbi piirdekonstruktsioonide ja kaod, mida põhjustab ventilatsioonisüsteemi toimimine. Lisaks kaob sooja vee kanalisatsioonisüsteemi juhtimisel.

Kaod läbi piirdetarindite

Materjalide jaoks, millest piirdekonstruktsioonid on tehtud, tuleb leida soojusjuhtivuse näitaja Kt (W/m x kraad). Need on vastavates teatmikes.

Nüüd, teades kihtide paksust, arvutatakse valemi R = S/Kt järgi iga ühiku soojustakistus. Kui konstruktsioon on mitmekihiline, liidetakse kõik saadud väärtused.

Soojuskadude suurust on kõige lihtsam määrata, liites kokku soojusvood läbi piirdekonstruktsioonide, mis selle hoone moodustavad.

Sellest meetodist lähtudes võetakse arvesse asjaolu, et konstruktsioone moodustavatel materjalidel on erinev struktuur. Arvestatakse ka, et neid läbival soojusvoolul on erinev eripära.

Iga üksiku konstruktsiooni soojuskadud määratakse valemiga:

Q = (A / R) х dT

Siin:

• A – pindala m².
• R – konstruktsiooni soojusülekande takistus.
• dT – temperatuuride vahe väljas ja sees. See tuleb määrata kõige külmema 5-päevase perioodi jaoks.

Arvutades sel viisil, saab tulemuse ainult kõige külmema viiepäevase perioodi jaoks. Üldised soojuskaod kogu külma hooaja jooksul määratakse, võttes arvesse dT parameetrit, arvestades temperatuuri mitte kõige madalamat, vaid keskmist.

Kui suures ulatuses soojus imendub ja soojusülekanne sõltub piirkonna kliima niiskusest. Sel põhjusel kasutatakse arvutustes niiskuskaarte.

Järgmisena arvutatakse energiakogus, mis on vajalik nii piirdekonstruktsioonide kui ka ventilatsiooni kaudu kadunud soojuse kompenseerimiseks. Seda tähistatakse sümboliga W.

Selleks on valem:

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

Selles valemis on N kütteperioodi kestus päevades.

Pindalapõhise arvutuse puudused

Pindalanäitajal põhinev arvutus ei ole väga täpne. Siin ei võeta arvesse selliseid parameetreid nagu kliima, temperatuuri näitajad nii minimaalsed kui ka maksimaalsed, niiskus. Paljude oluliste punktide ignoreerimise tõttu on arvutusel olulised vead.

Sageli püütakse neid kompenseerida, lisades projekti 'varu'.

Kui selle meetodi siiski valitakse, tuleb arvestada järgmiste nüanssidega:

1. Vertikaalsete piirete kõrgusel kuni kolm meetrit ja mitte rohkem kui kahe ava olemasolul ühel pinnal, tuleks tulemus korrutada 100 W-ga.
2. Kui projekti on lisatud rõdu, kaks akent või lodža, korrutatakse keskmiselt 125 W-ga.
3. Kui ruumid on tööstuslikud või laoruumid, kasutatakse kordajat 150 W.
4. Kui radiaatorid asuvad akende lähedal, suurendatakse nende projekteeritud võimsust 25% võrra.

Pindala valem on järgmine:

Q=S x 100 (150) W.

Siin on Q mugav soojustase hoones, S on köetav pindala m². Arvud 100 või 150 on soojusenergia erikogus, mis kulub 1 m² kütmiseks.

Kaod läbi maja ventilatsiooni

Põhiparameeter on sel juhul õhuvahetuskordsus. Tingimusel, et maja seinad on auruläbilaskvad, on see väärtus võrdne ühega.

Külma õhu sissetungimine majja toimub sissepuhkeventilatsiooni kaudu. Väljatõmbeventilatsioon soodustab sooja õhu eemaldumist. Soojuskaod ventilatsiooni kaudu vähendab rekuperaator-soojusvaheti. See ei lase soojusel koos väljuva õhuga lahkuda, vaid soojendab sissetulevaid vooge.

Nähakse ette õhu täielik uuenemine hoone sees ühe tunni jooksul. DIN-standardile vastavalt ehitatud hoonetel on seinad aurutõkkega, seetõttu võetakse siin õhuvahetuskordsus võrdseks kahega.

On olemas valem, mille järgi määratakse soojuskaod läbi ventilatsioonisüsteemi:

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

Siin tähistavad sümbolid järgmist:

1. Qv — soojuskaod.
2. V — ruumi maht m³.
3. P — õhu tihedus. Selle väärtuseks võetakse 1,2047 kg/m³.
4. Kv — õhuvahetuskordsus.
5. C — erisoojusmahtuvus. See on võrdne 1005 J/(kg x °C).

Selle arvutuse tulemuste põhjal saab määrata küttesüsteemi soojusgeneraatori võimsuse. Kui võimsuse väärtus on liiga kõrge, võib olukorrast väljapääs olla rekuperaatoriga ventilatsiooniseade. Vaatame mõnda näidet erinevatest materjalidest majade kohta.

Soojustehnilise arvutuse näide nr 1

Arvutame elamu, mis asub 1. kliimavööndis (Venemaa), alamvöönd 1B. Kõik andmed on võetud SNiP 23-01-99 tabelist 1. Kõige külmem temperatuur, mida täheldatakse viie päeva jooksul tõenäosusega 0,92 — tn = -22°C.

Vastavalt SNiP-le kestab kütteperiood (zop) 148 päeva. Keskmine temperatuur kütteperioodi jooksul keskmise ööpäevase välisõhu temperatuuri 8°C juures — tot = -2,3°C. Välitemperatuur küttehooajal — tht = -4,4°C.

Maja soojuskadud on projekteerimise etapis kõige olulisem punkt. Arvutustulemustest sõltub nii ehitusmaterjalide kui ka isolatsiooni valik. Nullkadusid ei esine, kuid tuleb püüda selle poole, et need oleksid võimalikult otstarbekad.

Tingimuseks on, et maja ruumides tuleb tagada temperatuur 22°C. Majal on kaks korrust ja seinad paksusega 0,5 m. Kõrgus on 7 m, plaanimõõtmed 10 x 10 m. Vertikaalsete piirdetarindite materjal on soe keraamika. Selle soojusjuhtivustegur on 0,16 W/m x C.

Välisisolatsioonina, paksusega 5 cm, on kasutatud mineraalvilla. Selle soojusjuhtivustegur on 0,04 W/m x C. Aknaavade arv majas on 15 tk, igaüks 2,5 m².

Soojuskadud läbi seinte

Kõigepealt tuleb määrata nii keraamilise seina kui ka isolatsiooni soojustakistus. Esimesel juhul R1 = 0,5 : 0,16 = 3,125 ruutmeetrit x C/W. Teisel juhul R2 = 0,05 : 0,04 = 1,25 ruutmeetrit x C/W. Kokku vertikaalse piirdetarindi jaoks: R = R1 + R2 = 3,125 + 1,25 = 4,375 ruutmeetrit x C/W.

Kuna soojuskadud on otseses proportsionaalses seoses piirdetarindite pindalaga, arvutame seinte pindala:

A = 10 x 4 x 7 – 15 x 2,5 = 242,5 m²

Nüüd saab määrata soojuskadusid läbi seinte:

Qs = (242,5 : 4,375) x (22 – (-22)) = 2438,9 W.

Soojuskadusid läbi horisontaalsete piirdetarindite arvutatakse sarnaselt. Lõpuks summeeritakse kõik tulemused.

Kui on kelder, siis soojuskadud läbi vundamendi ja põranda on väiksemad, kuna arvutuses osaleb pinnase temperatuur, mitte välisõhu temperatuur.

Kui esimese korruse põranda all olev kelder on köetav, võib põranda jätta soojustamata. Keldri seinad on siiski parem katta isolatsiooniga, et soojus ei läheks pinnasesse.

Soojuskadude määramine ventilatsiooni kaudu

Arvutuse lihtsustamiseks ei arvestata seina paksust, vaid määratakse lihtsalt siseõhu maht:

V = 10 x 10 x 7 = 700 m³.

Õhuvahetuskordsuse Kv = 2 korral on soojuskadud järgmised:

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

Kui Kv = 1:

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

Elamute tõhusat ventilatsiooni tagavad rootor- ja plaatsoojustagastid. Esimese kasutegur on kõrgem, see ulatub 90%.

Soojustehnilise arvutuse näide nr 2

Tuleb teostada kadude arvutus läbi tellisseina paksusega 51 cm. See on soojustatud 10 cm paksuse mineraalvilla kihiga. Väljas – 18⁰, sees — 22⁰. Seina mõõtmed on 2,7 m kõrgus ja 4 m pikkus. Ruumi ainus välissein on orienteeritud lõunasse, väliseid uksi pole.

Tellise soojusjuhtivuse koefitsient Kt = 0,58 W/mºC, mineraalvilla puhul — 0,04 W/mºC. Soojustakistus:

R1 = 0,51 : 0,58 = 0,879 m²·°C/W. R2 = 0,1 : 0,04 = 2,5 m²·°C/W. Kokku vertikaalse piirdekonstruktsiooni jaoks: R = R1 + R2 = 0,879 + 2,5 = 3,379 m²·°C/W.

Välisseina pindala A = 2,7 х 4 = 10,8 m²

Soojuskadu läbi seina:

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

Akende kaudu kadude arvutamiseks kasutatakse sama valemit, kuid nende soojustakistus on tavaliselt märgitud passis ja seda pole vaja arvutada.

Maja soojustuses on aknad «nõrk lüli». Nende kaudu lahkub üsna suur osa soojusest. Kaod vähendavad mitmekihilised klaaspaketid, soojust peegeldavad kiled, topeltraamid, kuid isegi see ei aita soojuskadusid täielikult vältida.

Kui majas on aknad mõõtmetega 1,5 х 1,5 m², energiasäästlikud, orienteeritud põhja, ja soojustakistus on 0,87 m²°C/W, siis kaod on:

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

Soojustehnilise arvutuse näide nr 3

Teeme puithoone soojusarvutuse fassaadiga, mis on ehitatud männipalkidest kihiga paksusega 0,22 m. Selle materjali koefitsient on K=0,15. Selles olukorras on soojuskadu:

R = 0,22 : 0,15 = 1,47 m²·°C/W.

Viiepäevase perioodi madalaim temperatuur on -18⁰, mugavuse tagamiseks majas on seatud temperatuur 21⁰. Erinevus on 39⁰. Kui lähtuda pindalast 120 m², saadakse tulemus:

Qs = 120 х 39 : 1,47 = 3184 W.

Võrdluseks määrame tellismaja kaod. Silikaattellise koefitsient on 0,72.

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

Samadel tingimustel on puithoone ökonoomsem. Silikaattellis seinte ehitamiseks ei sobi siin üldse.

Puithoone on suure soojusmahutavusega. Selle piirdekonstruktsioonid hoiavad kaua mugavat temperatuuri. Sellegipoolest tuleb isegi palkmaja soojustada ja parem on teha seda nii seest kui ka väljast.

Ehitajad ja arhitektid soovitavad kindlasti teha soojusarvutus kütteseadme paigaldamisel seadmete korrektseks valikuks ja maja projekteerimise etapis sobiva soojustussüsteemi valimiseks.

Soojusarvutuse näide nr 4

Maja ehitatakse Moskva oblastis. Arvutuseks on võetud vahtplokkidest sein. Soojustusena kasutatakse ekstrudeeritud vahtpolüstürooli. Konstruktsiooni viimistlus on mõlemalt poolt krohv. Selle struktuur on lubi-liivkrohv.

Vahtpolüstürooli tihedus on 24 kg/m³.

Suhteline õhuniiskus ruumis on 55% keskmise temperatuuri 20° juures. Kihtide paksused:

• krohv — 0,01 m;
• vahtbetoon — 0,2 m;
• vahtpolüstürool — 0,065 m.

Ülesanne on leida vajalik ja tegelik soojusülekandetakistus. Vajalik Rtr määratakse väärtuste asendamisel avaldisse:

Rtr = a × GSOP + b

kus GSOP on kütteperioodi kraadpäevad, a ja b on koefitsiendid, mis on võetud SP 50.13330.2012 tabelist nr 3. Kuna hoone on elamu, on a = 0,00035, b = 1,4.

GSOP arvutatakse sama SP valemi abil:

GSOP = (tv – tot) × zot.

Selles valemis tv = 20°, tot = -2,2°, zot = 205 – kütteperiood päevades. Seega:

GSOP = (20 – (-2,2)) × 205 = 4551 °C × päev;

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

Kasutades SP 50.13330.2012 tabelit nr 2, määratakse soojusjuhtivustegurid iga seinakihi jaoks:

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

Tinglik kogu soojusülekandetakistus Ro on võrdne kõigi kihtide takistuste summaga. See arvutatakse valemiga:

See valem on võetud SP 50.13330.2012. Siin 1/av on sisepindade soojustakistus. 1/an on samamoodi välispindade puhul, δ/λ on kihi soojatakistus.

Väärtuste asendamisel saadakse: Ro ting. = 2,54 m²°C/W. Rf määratakse korrutades Ro koefitsiendiga r, mis on 0,9:

Rf = 2,54 × 0,9 = 2,3 m² × °C/W.

Tulemus kohustab muuta piirdeelemendi konstruktsiooni, kuna tegelik soojustakistus on väiksem kui arvutuslik.

Arvutusi kiirendavaid ja lihtsustavaid arvutiteenuseid on palju.

Soojustehnilised arvutused on otseselt seotud kastepunkti määramisega. Mis see on ja kuidas selle väärtust leida, saate teada meie soovitatud artiklist.

Järeldused ja kasulik video teemal

Soojustehnilise arvutuse teostamine veebikalkulaatori abil:

Õige soojustehniline arvutus:

Asjatundlik soojustehniline arvutus võimaldab hinnata maja väliste elementide soojustamise efektiivsust ja määrata vajaliku kütteseadmete võimsust.

Selle tulemusel võib materjalide ja kütteseadmete ostmisel kokku hoida. Parem on eelnevalt teada, kas seadmed tulevad hoone kütmise ja jahutamisega toime, kui osta kõike juhuslikult.

Palun jätke kommentaare, esitage küsimusi, lisage artikliteemalisi fotosid allpool asuvasse plokki. Rääkige, kuidas soojustehniline arvutus aitas teil valida vajaliku võimsusega kütteseadmeid või soojustussüsteemi. Võimalik, et teie teave on kasulik saidi külastajatele.