Изчисляване на топлинните загуби на частна къща с примери

Съдържанието на статията

• Физика на топлотехническите процеси
• Концепцията за устойчивост на пренос на топлина
• Фактори, влияещи върху топлинните загуби
• Диференцирани схеми за изчисление
• Пример за изчисление

За да не се окаже, че къщата ви е бездънна яма за разходи за отопление, предлагаме да проучите основните направления на изследванията за топлотехника и методологията за изчисление. Без предварително изчисляване на топлопропускливостта и натрупването на влага цялата същност на жилищното строителство се губи.

Физика на топлотехническите процеси

Различните области на физиката имат много общо при описанието на изучаваните от тях явления. Така е и в топлинното инженерство: принципите, описващи термодинамичните системи, ясно отговарят на основите на електромагнетизма, хидродинамиката и класическата механика. В крайна сметка говорим за описване на един и същи свят, така че не е изненадващо, че моделите на физическите процеси се характеризират с някои общи черти в много области на изследване..

Същността на топлинните явления е лесна за разбиране. Температурата на тялото или степента на неговото нагряване не е нищо друго, освен мярка за интензивността на вибрациите на елементарните частици, съставляващи това тяло. Очевидно е, че когато две частици се сблъскат, тази с по-високо енергийно ниво ще прехвърли енергия към частицата с по-ниска енергия, но никога обратното. Това обаче не е единственият начин за обмен на енергия, предаването е възможно и чрез кванти на топлинно излъчване. В този случай основният принцип задължително се запазва: квантът, излъчван от по-слабо нагрятия атом, не е в състояние да прехвърля енергия към по-гореща елементарна частица. Той просто се отразява от него и или изчезва без следа, или прехвърля енергията си на друг атом с по-малко енергия.

Термодинамиката е добра, защото процесите, протичащи в нея, са абсолютно визуални и могат да бъдат интерпретирани под прикритието на различни модели. Основното е да се спазват основни постулати, като закон за пренос на енергия и термодинамично равновесие. Така че, ако вашата идея съответства на тези правила, лесно можете да разберете техниката на изчисленията на топлотехниката от и до.

Концепцията за устойчивост на пренос на топлина

Способността на материал да предава топлина се нарича топлопроводимост. В общия случай тя винаги е по-висока, толкова по-голяма е плътността на веществото и толкова по-добре структурата му е адаптирана да предава кинетични трептения.

Сравнение на енергийната ефективност на различните строителни материали

Топлинното съпротивление е количество, обратно пропорционално на топлопроводимостта. За всеки материал това свойство придобива уникални стойности в зависимост от структурата, формата и редица други фактори. Например, ефективността на топлопредаването в дебелината на материалите и в зоната на техния контакт с други среди може да се различава, особено ако между материалите има поне минимален междинен слой в различно агрегатно състояние. Топлинното съпротивление се изразява количествено като температурната разлика, разделена на скоростта на топлинния поток:

R_T = (T₂ – T₁) / P

Където:

• R_T – термично съпротивление на обекта, K / W;
• T₂ – температура на началото на секцията, K;
• T₁ – температура на края на секцията, K;
• P – топлинен поток, W.

В контекста на изчисляване на топлинните загуби, термичното съпротивление играе решаваща роля. Всяка ограждаща конструкция може да се разглежда като плоско-паралелна пречка за пътя на топлинния поток. Общото му термично съпротивление е сумата от съпротивленията на всеки слой, докато всички дялове се добавят към пространствена структура, която всъщност е сграда.

R_T = l / (? S)

Където:

• R_T – термично съпротивление на веригата, K / W;
• l е дължината на секцията на топлинния кръг, m;
• ? – коефициент на топлопроводимост на материала, W / (m · K);
• S – площ на напречното сечение на обекта, m².

Фактори, влияещи върху топлинните загуби

Топлинните процеси корелират добре с електрическите: температурната разлика действа в ролята на напрежението, топлинният поток може да се счита за силата на тока, но за съпротивление дори не е нужно да измисляте свой собствен термин. Също така, концепцията за най-малко съпротивление, която се появява в отоплителната техника като студени мостове, също е напълно валидна..

Ако разгледаме произволен материал в разрез, е доста лесно да се установи пътят на топлинния поток както на микро, така и на макро ниво. Като първи модел ще вземем бетонна стена, в която по технологична необходимост чрез закрепване се правят стоманени пръти от произволна секция. Стоманата провежда топлина малко по-добре от бетона, така че можем да различим три основни топлинни потока:

• през дебелината на бетона
• през стоманени пръти
• от стоманени пръти до бетон

Загуба на топлина през студени мостове в бетон

Последният модел на топлинен поток е най-интересен. Тъй като стоманената пръчка се загрява по-бързо, ще има температурна разлика между двата материала по-близо до външната страна на стената. По този начин стоманата не само „изпомпва“ топлината навън сама по себе си, но и увеличава топлопроводимостта на съседни маси от бетон.

В пореста среда топлинните процеси протичат по подобен начин. Почти всички строителни материали се състоят от разклонена мрежа от твърди частици, пространството между които е изпълнено с въздух. По този начин твърд, плътен материал служи като основен проводник на топлина, но поради сложната си структура, пътят, по който се разпространява топлината, се оказва по-голям от напречното сечение. По този начин вторият фактор, който определя термичното съпротивление, е хетерогенността на всеки слой и обвивката на сградата като цяло..

Намаляване на топлинните загуби и преместване на точката на оросяване в изолацията с външна изолация на стената

Третият фактор, влияещ върху топлопроводимостта, е натрупването на влага в порите. Водата има термично съпротивление 20-25 пъти по-ниска от тази на въздуха, така че ако запълни порите, общата топлопроводимост на материала става дори по-висока, отколкото ако изобщо нямаше пори. Когато водата замръзне, ситуацията става още по-лоша: топлопроводимостта може да се увеличи до 80 пъти. Източникът на влага обикновено е атмосферният въздух и атмосферните валежи. Съответно трите основни метода за справяне с това явление са външна хидроизолация на стени, използване на защита от пара и изчисляване на натрупването на влага, което задължително се извършва паралелно с прогнозиране на топлинните загуби..

Диференцирани схеми за изчисление

Най-простият начин да се установи количеството топлинна загуба в сградата е да се добави топлинният поток през структурите, които съставляват сградата. Тази техника напълно отчита разликата в структурата на различни материали, както и спецификата на топлинния поток през тях и в възлите на укрепването на една равнина в друга. Такъв дихотомен подход значително опростява задачата, тъй като различните ограждащи конструкции могат значително да се различават при проектирането на системи за термична защита. Съответно, с отделно проучване е по-лесно да се определи количеството топлинна загуба, тъй като за това има различни методи за изчисление:

• За стените изтичанията на топлина са количествено равни на общата площ, умножена по отношението на температурната разлика към топлинното съпротивление. В този случай трябва да се вземе предвид ориентацията на стените към кардиналните точки, за да се вземе предвид отоплението им през деня, както и издухването на строителните конструкции.
• При етажите техниката е една и съща, но взема предвид наличието на таванско пространство и неговия режим на работа. Също така температурата в помещението се приема като стойност с 3-5 ° C по-висока, изчислената влажност също се увеличава с 5-10%.
• Загубата на топлина през пода се изчислява зонално, описвайки коланите по периметъра на сградата. Това се дължи на факта, че температурата на почвата под пода е по-висока в центъра на сградата в сравнение с фундаментната част.
• Топлинният поток през остъкляването се определя от паспортните данни на прозорците, също така трябва да вземете предвид вида на укрепването на прозорците към стените и дълбочината на склоновете.

Q = S (?T / R_T)

Където:

• Q – загуба на топлина, W;
• S – площ на стената, m²;
• ?T – разлика в температурата вътре и извън помещението, ° С;
• R_T – устойчивост на топлопреминаване, m²° С / Ш.

Пример за изчисление

Преди да преминем към демонстрационния пример, нека да отговорим на последния въпрос: как правилно да се изчисли интегралното термично съпротивление на сложни многослойни структури? Това, разбира се, може да се направи на ръка, тъй като няма много видове носещи основи и изолационни системи, използвани в съвременното строителство. Въпреки това е доста трудно да се вземе предвид наличието на декоративни облицовки, вътрешна и фасадна мазилка, както и влиянието на всички преходни и други фактори, по-добре е да се използват автоматизирани изчисления. Един от най-добрите мрежови ресурси за такива задачи е smartcalc.ru, който допълнително изготвя диаграма на изместване на точката на оросяване в зависимост от климатичните условия.

Например, нека вземем произволна сграда, след като изучи описанието на която читателят ще може да прецени набора от първоначални данни, необходими за изчислението. Има едноетажна къща с правилна правоъгълна форма с размери 8,5х10 м и височина на тавана 3,1 м, разположена в района на Ленинград. Къщата има неизолиран под на земята с дъски върху дървени трупи с въздушна междина, височината на пода е с 0,15 м по-висока от маркировката на земята на обекта. Материал за стена – шлаков монолит с дебелина 42 см с вътрешна циментово-варови мазилка с дебелина до 30 мм и външна шлако-циментова мазилка тип „козина“ с дебелина до 50 мм. Обща стъклопакет – 9,5 m², като прозорци е използван двоен стъклопакет в топлоспестяващ профил със средно термично съпротивление 0,32 m²° С / W. Припокриването беше направено върху дървени греди: дъното беше измазано покрай херпес зостер, изпълнено с шлака от доменни пещи и отгоре покрито с глинена замазка, над тавана имаше таванско помещение със студен тип. Задачата за изчисляване на топлинните загуби е формирането на система за термична защита на стените.

етаж

Първата стъпка е да определите загубите на топлина през пода. Тъй като техният дял в общия топлинен поток е най-малък, а също и поради голям брой променливи (плътност и вид на почвата, дълбочина на замръзване, масивност на основата и др.), Изчисляването на топлинните загуби се извършва по опростен метод, като се използва намалената устойчивост на топлопреминаване. По периметъра на сградата, започвайки от линията на контакт със земната повърхност, са описани четири зони – обграждащи ивици с широчина 2 метра. За всяка от зоните се приема собствената стойност на намалената устойчивост на топлопреминаване. В нашия случай има три зони с площ 74, 26 и 1 m². Не се бъркайте с общата сума на зоните на зоните, която е по-голяма от площта на сградата с 16 m², причината за това е двойното преизчисляване на пресичащите се ленти от първата зона в ъглите, където топлинните загуби са много по-големи в сравнение с участъците по стените. Прилагане на стойности на устойчивост на топлопреминаване 2,1, 4,3 и 8,6 m²° С / W за зони една до три, ние определяме топлинния поток през всяка зона: съответно 1,23, 0,21 и 0,05 кВт.

Стени

Използвайки данните за терена, както и материалите и дебелината на слоевете, които образуват стените, трябва да попълните съответните полета на споменатата по-горе услуга smartcalc.ru. Според резултатите от изчислението съпротивлението на топлопреминаване се оказва равно на 1,13 m²° C / W, а топлинният поток през стената е 18,48 W на квадратен метър. С обща площ на стената (без остъкляването) от 105,2 m² общите топлинни загуби през стените са 1,95 kW / h. В този случай загубите на топлина през прозорците ще бъдат 1,05 kW.

Припокриване и покрив

Изчисляването на топлинните загуби през таванския етаж може да се извърши и в онлайн калкулатора, като изберете желания тип ограждащи конструкции. В резултат съпротивлението на пода на топлина е 0,66 m²° С / W, а топлинните загуби са 31,6 W на квадратен метър, тоест 2,7 kW от цялата площ на ограждащата конструкция.

Общата загуба на топлина според изчисленията е 7,2 kWh. При достатъчно ниско качество на строителните конструкции този показател очевидно е много по-нисък от реалния. Всъщност такова изчисление е идеализирано, то не взема предвид специалните коефициенти, въздушния поток, конвекционният компонент на топлопредаването, загубите през вентилация и входни врати. Всъщност, поради некачествен монтаж на прозорци, липса на защита при укрепването на покрива към Mauerlat и лоша хидроизолация на стените от основата, реалните топлинни загуби могат да бъдат 2 или дори 3 пъти по-големи от изчислената. Независимо от това, дори основните изследвания на топлотехниката помагат да се определи дали конструкциите на къща в строеж ще отговарят на санитарните стандарти поне в първото приближение..

Загуба на топлина у дома

Накрая ще дадем една важна препоръка: ако наистина искате да получите цялостно разбиране на топлинната физика на определена сграда, трябва да използвате разбиране за принципите, описани в този преглед и специализираната литература. Например, справочникът на Елена Малявина „Топлинна загуба на сграда“ може да бъде много добра помощ по този въпрос, където спецификата на топлотехническите процеси е обяснена много подробно, дадени са връзки към необходимите регулаторни документи, както и примери за изчисления и цялата необходима справочна информация.