Calculul termotehnic al clădirii: specificații și formule de efectuare a calculelor + exemple practice

În exploatarea clădirii, atât supraîncălzirea, cât și înghețarea sunt nedorite. Determinarea punctului de mijloc va fi permisă de calculul termotehnic, care este la fel de important ca și calculul eficienței economice, rezistenței, rezistenței la foc, durabilității.

Pe baza normelor termotehnice, a caracteristicilor climatice, a permeabilității la vapori și umiditate, se realizează selecția materialelor pentru construcția elementelor de închidere. Vom analiza în articol cum se efectuează acest calcul.

Scopul calculului termotehnic

Multe depind de caracteristicile termotehnice ale elementelor de închidere principale ale clădirii. Acestea includ umiditatea elementelor structurale și indicatorii de temperatură, care influențează prezența sau absența condensului pe pereții despărțitori și planșee.

Calculul va arăta dacă se vor menține caracteristicile stabile de temperatură și umiditate la temperaturi pozitive și negative. În lista acestor caracteristici intră și un indicator precum cantitatea de căldură pierdută de elementele de închidere ale clădirii în perioada rece.

Nu se poate începe proiectarea fără a avea toate aceste date. Pe baza lor, se alege grosimea pereților și planșeelor, succesiunea straturilor.

Conform reglementării GOST 30494-96, valorile de temperatură în interiorul încăperilor. În medie, aceasta este de 21⁰. În același timp, umiditatea relativă trebuie să se încadreze în limite confortabile, iar aceasta este în medie de 37%. Viteza maximă de circulație a masei de aer este de 0,15 m/s

Calculul termotehnic își propune să determine:

1. Sunt structurile conforme cu cerințele declarate din punct de vedere al protecției termice?
2. Cât de pe deplin este asigurat microclimatul confortabil în interiorul clădirii?
3. Este asigurată protecția termică optimă a structurilor?

Principiul de bază este menținerea echilibrului diferenței dintre indicatorii de temperatură ai atmosferei elementelor de închidere interioare și ai încăperilor. Dacă nu se respectă acest lucru, căldura va fi absorbită de aceste suprafețe, iar temperatura interioară va rămâne foarte scăzută.

Temperatura interioară nu trebuie să fie influențată semnificativ de modificările fluxului termic. Această caracteristică se numește stabilitate termică.

Prin efectuarea calculului termic se determină limitele optime (minimă și maximă) ale dimensiunilor pereților și planșeelor în grosime. Aceasta garantează exploatarea clădirii pe o perioadă lungă, fără înghețuri extreme ale construcțiilor și fără supraîncălziri.

Parametrii pentru efectuarea calculelor

Pentru a efectua calculul termic, sunt necesari parametrii de intrare.

Aceștia depind de o serie de caracteristici:

1. Destinației construcției și tipului acesteia.
2. Orientării structurilor verticale de închidere față de punctele cardinale.
3. Parametrilor geografici ai casei viitoare.
4. Volumului clădirii, numărului de etaje, suprafeței.
5. Tipurilor și dimensiunilor ușilor și ferestrelor.
6. Tipului de încălzire și parametrilor săi tehnici.
7. Numărului de locuitori permanenți.
8. Materialului structurilor verticale și orizontale de închidere.
9. Planșeului etajului superior.
10. Dotării cu alimentare cu apă caldă.
11. Tipului de ventilație.

La calcul se iau în considerare și alte particularități constructive ale clădirii. Permeabilitatea la aer a structurilor de închidere nu trebuie să contribuie la răcirea excesivă în interiorul casei și să reducă caracteristicile de protecție termică ale elementelor.

Pierderile de căldură sunt cauzate și de umezirea excesivă a pereților, iar pe lângă aceasta, atrage după sine umiditate, care afectează negativ durabilitatea clădirii.

În procesul de calcul, în primul rând se determină datele termotehnice ale materialelor de construcție din care sunt fabricate elementele de închidere ale clădirii. În plus, trebuie determinată rezistența redusă la transferul de căldură și conformitatea acesteia cu valoarea normativă.

Formulele pentru realizarea calculului

Pierderile de căldură ale casei pot fi împărțite în două părți principale: pierderi prin structurile de închidere și pierderi cauzate de funcționarea sistemului de ventilație. În plus, căldura se pierde la evacuarea apei calde în sistemul de canalizare.

Pierderi prin elementele de închidere

Pentru materialele din care sunt construite structurile de închidere, trebuie găsită valoarea indicatorului de conductivitate termică Kt (W/m × grad). Acestea se găsesc în manualele corespunzătoare.

Acum, cunoscând grosimea straturilor, prin formula: R = S/Kt, se calculează rezistența termică a fiecărei unități. Dacă structura este multistrat, toate valorile obținute se adună.

Dimensiunile pierderilor de căldură se determină cel mai ușor prin însumarea fluxurilor termice prin structurile de închidere care, de fapt, formează această clădire.

Urmând această metodologie, se ia în considerare faptul că materialele care alcătuiesc structurile au o structură diferită. De asemenea, se ține cont că fluxul de căldură care trece prin ele are o specificitate diferită.

Pentru fiecare structură în parte, pierderile de căldură se determină prin formula:

Q = (A / R) × dT

Aici:

• A — suprafața în m².
• R — rezistența structurii la transferul de căldură.
• dT — diferența de temperatură dintre exterior și interior. Aceasta trebuie determinată pentru cea mai rece perioadă de 5 zile.

Efectuând calculul în acest mod, se poate obține un rezultat numai pentru cea mai rece perioadă de cinci zile. Pierderile totale de căldură pentru întregul sezon rece se determină prin luarea în considerare a parametrului dT, ținând cont de temperatura nu cea mai scăzută, ci cea medie.

În ce măsură căldura este absorbită, iar transferul de căldură depinde de umiditatea climei din regiune. Din acest motiv, la calcule se utilizează hărți de umiditate.

În continuare, se calculează cantitatea de energie necesară pentru compensarea pierderilor de căldură care pleacă atât prin elementele de construcție, cât și prin ventilație. Aceasta se notează cu simbolul W.

Pentru aceasta există o formulă:

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

În ea, N reprezintă durata perioadei de încălzire în zile.

Dezavantajele calculului pe suprafață

Calculul bazat pe indicatorul de suprafață nu se remarcă printr-o precizie ridicată. Nu s-a luat în considerare un parametru precum clima, valorile de temperatură atât minime, cât și maxime, umiditatea. Din cauza ignorării multor aspecte importante, calculul prezintă erori semnificative.

De multe ori, încercând să le acopere, în proiect se prevede o «rezervă».

Dacă totuși pentru calcul a fost aleasă această metodă, trebuie să țineți cont de următoarele nuanțe:

1. La înălțimea gardurilor verticale de până la trei metri și cu cel mult două deschideri pe o suprafață, este mai bine să înmulțiți rezultatul cu 100 W.
2. Dacă proiectul include un balcon, două ferestre sau o logie, se înmulțește în medie cu 125 W.
3. Când spațiile sunt industriale sau de depozitare, se aplică un multiplicator de 150 de wați.
4. În cazul în care radiatoarele sunt amplasate în apropierea ferestrelor, puterea lor de proiectare se mărește cu 25%.

Formula pentru suprafață are forma:

Q=S x 100 (150) W.

Aici Q este nivelul confortabil de căldură din clădire, S este suprafața încălzită în m². Numerele 100 sau 150 sunt valorile specifice ale energiei termice consumate pentru încălzirea a 1 m².

Pierderi prin ventilația casei

Parametrul cheie în acest caz este rata de schimb a aerului. Cu condiția ca pereții casei să fie permeabili la vapori, această valoare este egală cu unu.

Pătrunderea aerului rece în casă se realizează prin ventilația de alimentare. Ventilația de evacuare contribuie la eliminarea aerului cald. Recuperatorul-schimbător de căldură reduce pierderile prin ventilație. Acesta nu permite pierderea căldurii odată cu aerul evacuat, ci încălzește fluxurile de intrare.

Se prevede reînnoirea completă a aerului din interiorul clădirii într-o oră. Clădirile construite conform standardului DIN au pereți cu barieră de vapori, astfel încât aici rata de schimb a aerului este considerată egală cu doi.

Există o formulă prin care se determină pierderile de căldură prin sistemul de ventilație:

Qv = (V x Kv : 3600) x R x S x dT

Aici simbolurile denotă următoarele:

1. Qv — pierderi de căldură.
2. V — volumul camerei în mᶾ.
3. ρ — densitatea aerului. Valoarea sa se consideră egală cu 1,2047 kg/m³.
4. Kv — rata de schimb a aerului.
5. C - căldura specifică. Ea este egală cu 1005 J/(kg·°C).

Pe baza acestui calcul, se poate determina puterea generatorului de căldură al sistemului de încălzire. În cazul unei valori prea mari a puterii, o soluție poate fi dispozitivul de ventilație cu recuperator de căldură. Să analizăm câteva exemple pentru case construite din diferite materiale.

Exemplu de calcul termotehnic nr. 1

Vom calcula o casă de locuit situată în zona climatică 1 (Rusia), subzona 1B. Toate datele sunt preluate din tabelul 1 al SNiP 23-01-99. Cea mai rece temperatură observată pe parcursul a cinci zile cu o asigurare de 0,92 — tn = -22 °C.

Conform SNiP, perioada de încălzire (zop) durează 148 de zile. Temperatura medie pe parcursul perioadei de încălzire, la temperaturi medii zilnice ale aerului exterior de 8 °C — tot = -2,3 °C. Temperatura exterioară în sezonul de încălzire — tht = -4,4 °C.

Pierderile de căldură ale casei reprezintă un aspect esențial în etapa de proiectare. De rezultatele calculului depind atât alegerea materialelor de construcție, cât și a izolației. Pierderi zero nu există, dar trebuie să tindem ca acestea să fie cât mai justificate posibil.

S-a stipulat condiția ca în încăperile casei să fie asigurată o temperatură de 22 °C. Casa are două etaje și pereți cu grosimea de 0,5 m. Înălțimea sa este de 7 m, dimensiunile în plan — 10 x 10 m. Materialul elementelor verticale de închidere — ceramică caldă. Coeficientul său de conductivitate termică — 0,16 W/m·°C.

Ca izolație exterioară, cu grosimea de 5 cm, s-a folosit vată minerală. Valoarea coeficientului de conductivitate termică pentru aceasta — 0,04 W/m·°C. Numărul de goluri de fereastră în casă — 15 buc. a câte 2,5 m² fiecare.

Pierderi de căldură prin pereți

În primul rând, trebuie determinată rezistența termică atât a peretelui ceramic, cât și a izolației. În primul caz, R1 = 0,5 : 0,16 = 3,125 m²·°C/W. În al doilea — R2 = 0,05 : 0,04 = 1,25 m²·°C/W. În ansamblu pentru elementul vertical de închidere: R = R1 + R2 = 3.125 + 1.25 = 4.375 m²·°C/W.

Deoarece pierderile de căldură sunt direct proporționale cu aria elementelor de închidere, calculăm aria pereților:

A = 10 x 4 x 7 – 15 x 2,5 = 242,5 m²

Acum se pot determina pierderile de căldură prin pereți:

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

Pierderile de căldură prin elementele orizontale de închidere se calculează similar. În final, toate rezultatele se însumează.

Dacă există un subsol, pierderile de căldură prin fundație și podea vor fi mai mici, deoarece în calcul este implicată temperatura solului, nu cea a aerului exterior.

Dacă subsolul de sub podeaua primului etaj este încălzit, podeaua poate fi lăsată neizolată. Pereții subsolului, totuși, este mai bine să fie căptușiți cu izolație, pentru ca căldura să nu se piardă în sol.

Determinarea pierderilor prin ventilație

Pentru a simplifica calculul, nu se ia în considerare grosimea pereților, ci se determină pur și simplu volumul de aer din interior:

V = 10 x 10 x 7 = 700 m³.

La o rată de schimb a aerului Kv = 2, pierderile de căldură vor fi:

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

Dacă Kv = 1:

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

Ventilația eficientă a locuințelor este asigurată de recuperatoare rotative și cu plăci. Randamentul primelor este mai mare, ajungând la 90%.

Exemplu de calcul termotehnic nr. 2

Se cere să se calculeze pierderile printr-un perete de cărămidă cu grosimea de 51 cm. Acesta este izolat cu un strat de 10 cm de vată minerală. În exterior – 18⁰, în interior — 22⁰. Dimensiunile peretelui — 2,7 m înălțime și 4 m lungime. Singurul perete exterior al încăperii este orientat spre sud, nu există uși exterioare.

Pentru cărămidă, coeficientul de conductivitate termică Kt = 0,58 W/m°C, pentru vata minerală — 0,04 W/m°C. Rezistența termică:

R1 = 0,51 : 0,58 = 0,879 m² x °C/W. R2 = 0,1 : 0,04 = 2,5 m² x °C/W. În general, pentru construcția verticală de închidere: R = R1 + R2 = 0,879 + 2,5 = 3,379 m² x °C/W.

Aria peretelui exterior A = 2,7 x 4 = 10,8 m²

Pierderi de căldură prin perete:

Qc = (10,8 : 3,379) x (22 – (-18)) = 127,9 W.

Pentru calculul pierderilor prin ferestre se aplică aceeași formulă, dar rezistența termică a acestora, de regulă, este indicată în fișa tehnică și nu este necesar să fie calculată.

În izolarea termică a casei, ferestrele sunt „veriga slabă”. Prin ele se pierde o parte destul de mare din căldură. Pierderile pot fi reduse de geamurile termopan multistrat, peliculele termoreflectorizante, ramele duble, dar nici acestea nu vor ajuta să se evite complet pierderile de căldură.

Dacă în casă ferestrele au dimensiunile 1,5 x 1,5 m², sunt economice, orientate spre nord, iar rezistența termică este de 0,87 m²°C/W, atunci pierderile vor fi:

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

Exemplu de calcul termotehnic nr. 3

Efectuăm calculul termic al unei clădiri din bușteni de lemn cu fațada construită din bușteni de pin cu strat de grosime de 0,22 m. Coeficientul pentru acest material este K=0,15. În această situație, pierderile de căldură vor fi:

R = 0,22 : 0,15 = 1,47 m² x °C/W.

Cea mai scăzută temperatură a perioadei de cinci zile este -18⁰, pentru confort în casă se stabilește temperatura de 21⁰. Diferența va fi de 39⁰. Dacă pornim de la o suprafață de 120 m², rezultatul va fi:

Qc = 120 x 39 : 1,47 = 3184 W.

Pentru comparație, să determinăm pierderile unei case de cărămidă. Coeficientul pentru cărămida silicatată este 0,72.

R = 0,22 : 0,72 = 0,306 m² x °C/W.
Qc = 120 x 39 : 0,306 = 15 294 W.

În aceleași condiții, casa din lemn este mai economică. Cărămida silicată pentru ridicarea pereților nu este potrivită aici deloc.

Construcția din lemn are o capacitate termică ridicată. Elementele sale de închidere păstrează mult timp o temperatură confortabilă. Totuși, chiar și o casă din bușteni trebuie izolată, și este mai bine să se facă acest lucru atât în interior, cât și în exterior.

Constructorii și arhitecții recomandă cu siguranță să se facă calculul termic la instalarea încălzirii pentru o selecție corectă a echipamentelor și în etapa de proiectare a casei pentru alegerea unui sistem adecvat de izolare.

Exemplu de calcul termotehnic nr. 4

Casa va fi construită în Regiunea Moscova. Pentru calcul s-a luat un perete creat din blocuri de spumă. Ca izolație s-a folosit polistiren extrudat. Finisajul construcției este tencuială pe ambele părți. Structura sa este calcaroasă-nisipoasă.

Polistirenul expandat are o densitate de 24 kg/m³.

Indicatorii relativi de umiditate a aerului din încăpere sunt de 55% la o temperatură medie de 20⁰. Grosimea straturilor:

• tencuială — 0,01 m;
• beton celular — 0,2 m;
• polistiren expandat — 0,065 m.

Sarcina este de a găsi rezistența necesară la transferul de căldură și cea reală. Rtr necesar se determină prin înlocuirea valorilor în expresia:

Rtr = a x GSOP + b

unde GSOP este gradul-zile al sezonului de încălzire, iar a și b sunt coeficienți luați din tabelul nr. 3 al Codului de Reguli 50.13330.2012. Deoarece clădirea este rezidențială, a este 0,00035, b = 1,4.

GSOP se calculează cu formula luată din același SP:

GSOP = (ti – te) x z.

În această formulă, ti = 20⁰, te = -2,2⁰, z = 205 — perioada de încălzire în zile. Așadar:

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

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

Folosind tabelul nr. 2 din SP50.13330.2012, se determină coeficienții de conductivitate termică pentru fiecare strat al peretelui:

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

Rezistența totală condiționată la transferul de căldură Ro, este egală cu suma rezistențelor tuturor straturilor. Se calculează cu formula:

Această formulă este luată din SP 50.13330.2012. Aici 1/αi – este rezistența la transferul termic al suprafețelor interioare. 1/αe – același pentru cele exterioare, δ/λ – rezistența termică a stratului.

Înlocuind valorile se obține: Ro cond. = 2,54 m²·°C/W. Rf se determină prin înmulțirea lui Ro cu coeficientul r, egal cu 0,9:

Rf = 2,54 x 0,9 = 2,3 m²·°C/W.

Rezultatul obligă la modificarea construcției elementului de închidere, deoarece rezistența termică reală este mai mică decât cea calculată.

Există numeroase servicii informatice care accelerează și simplifică calculele.

Calculele termotehnice sunt direct legate de determinarea punctului de rouă. Ce este și cum să-i găsiți valoarea aflați din articolul recomandat de noi.

Concluzii și material video util pe această temă

Efectuarea calculului termotehnic cu ajutorul calculatorului online:

Calculul termotehnic corect:

Un calcul termotehnic corect va permite evaluarea eficienței izolației elementelor exterioare ale casei, determinarea puterii echipamentului de încălzire necesar.

Ca rezultat, se poate economisi la achiziționarea materialelor și a aparatelor de încălzire. Este mai bine să știi dinainte dacă tehnica va face față încălzirii și climatizării clădirii, decât să cumperi totul la întâmplare.

Vă rugăm să lăsați comentarii, să adresați întrebări, să plasați fotografii pe tema articolului în blocul de mai jos. Povestiți cum v-a ajutat calculul termotehnic să alegeți echipamentul de încălzire cu puterea necesară sau sistemul de izolație. Nu este exclus ca informațiile dumneavoastră să fie utile vizitatorilor site-ului.