Thermische berekening van een gebouw: details en formules voor het uitvoeren van berekeningen + praktijkvoorbeelden

Tijdens de werking van het gebouw zijn zowel oververhitting als bevriezing ongewenst.Met thermische technische berekeningen, die niet minder belangrijk zijn dan het berekenen van efficiëntie, sterkte, brandwerendheid en duurzaamheid, kunt u de gulden middenweg bepalen.

Op basis van thermische technische normen, klimatologische kenmerken, stoom- en vochtdoorlatendheid worden materialen voor de constructie van omhullende constructies geselecteerd. Hoe u deze berekening kunt uitvoeren, zullen we in het artikel bekijken.

Doel van de thermische berekening

Veel hangt af van de thermische technische kenmerken van de permanente behuizingen van het gebouw. Dit omvat de vochtigheid van structurele elementen en temperatuurindicatoren, die de aan- of afwezigheid van condensatie op binnenwanden en plafonds beïnvloeden.

De berekening zal uitwijzen of stabiele temperatuur- en vochtigheidskarakteristieken behouden blijven bij plus- en mintemperaturen. De lijst met deze kenmerken bevat ook een indicator als de hoeveelheid warmte die tijdens de koude periode door de gebouwschil verloren gaat.

Je kunt niet beginnen met ontwerpen zonder al deze gegevens te hebben. Op basis daarvan worden de dikte van de wanden en plafonds en de volgorde van de lagen gekozen.

Volgens de GOST 30494-96-voorschriften, temperatuurwaarden binnenshuis. Gemiddeld is het 21⁰. Tegelijkertijd moet de relatieve luchtvochtigheid binnen een comfortabel bereik blijven, namelijk gemiddeld 37%. De hoogste snelheid van luchtmassabeweging is 0,15 m/s

Thermische engineeringberekeningen hebben tot doel het volgende te bepalen:

1. Zijn de uitvoeringen identiek aan de gestelde eisen op het gebied van thermische beveiliging?
2. Hoe volledig is een comfortabel microklimaat in het gebouw verzekerd?
3. Wordt optimale thermische bescherming van constructies geboden?

Het belangrijkste principe is het handhaven van een evenwicht tussen het verschil in temperatuurindicatoren van de atmosfeer van interne structuren van hekken en gebouwen. Als dit niet wordt gedaan, zal de warmte door deze oppervlakken worden geabsorbeerd en zal de temperatuur binnenin zeer laag blijven.

De interne temperatuur mag niet significant worden beïnvloed door veranderingen in de warmtestroom. Deze eigenschap wordt hittebestendigheid genoemd.

Door het uitvoeren van een thermische berekening worden de optimale grenzen (minimaal en maximaal) van de afmetingen van wanden en plafonddiktes bepaald. Dit garandeert de werking van het gebouw gedurende een lange periode, zonder extreme bevriezing van constructies of oververhitting.

Opties voor het uitvoeren van berekeningen

Om warmteberekeningen uit te voeren, hebt u initiële parameters nodig.

Ze zijn afhankelijk van een aantal kenmerken:

1. Doel van het gebouw en zijn type.
2. Oriëntaties van verticale omhullende structuren ten opzichte van de hoofdrichtingen.
3. Geografische parameters van het toekomstige huis.
4. Het volume van het gebouw, het aantal verdiepingen, de oppervlakte.
5. Typen en afmetingen van deur- en raamopeningen.
6. Type verwarming en de technische parameters ervan.
7. Aantal permanente bewoners.
8. Materialen voor verticale en horizontale hekwerkconstructies.
9. Plafonds op de bovenste verdieping.
10. Apparatuur voor warmwatervoorziening.
11. Type ventilatie.

Bij de berekening wordt ook rekening gehouden met andere ontwerpkenmerken van de constructie. De luchtdoorlaatbaarheid van omhullende constructies mag niet bijdragen aan overmatige koeling in het huis en de thermische beschermingseigenschappen van de elementen verminderen.

Warmteverlies wordt ook veroorzaakt door wateroverlast van de muren, en bovendien brengt dit vocht met zich mee, wat de duurzaamheid van het gebouw negatief beïnvloedt.

Bij het berekeningsproces worden allereerst de thermische technische gegevens bepaald van de bouwmaterialen waaruit de omhullende elementen van het gebouw zijn gemaakt. Bovendien moeten de verminderde weerstand tegen warmteoverdracht en het voldoen aan de standaardwaarde ervan worden bepaald.

Formules voor het maken van berekeningen

Warmteverlies uit een woning kan in twee hoofdonderdelen worden verdeeld: verliezen via de gebouwschil en verliezen veroorzaakt door de werking van het gebouw. ventilatiesysteem. Bovendien gaat er warmte verloren als warm water op de riolering wordt geloosd.

Verliezen door gebouwschillen

Voor de materialen waaruit de omhullende structuren zijn vervaardigd, is het noodzakelijk om de waarde van de thermische geleidbaarheidsindex Kt (W/m x graad) te vinden. Ze staan ​​in de relevante naslagwerken.

Nu we de dikte van de lagen kennen, volgens de formule: R = S/Kt, bereken de thermische weerstand van elke eenheid. Als de structuur uit meerdere lagen bestaat, worden alle verkregen waarden bij elkaar opgeteld.

De eenvoudigste manier om de omvang van warmteverliezen te bepalen is door de thermische stromen door de omhullende structuren die dit gebouw feitelijk vormen bij elkaar op te tellen.

Geleid door deze methodologie houden ze rekening met het feit dat de materialen waaruit de structuur bestaat een andere structuur hebben. Er wordt ook rekening mee gehouden dat de warmtestroom die er doorheen gaat verschillende kenmerken heeft.

Voor elke individuele structuur wordt het warmteverlies bepaald door de formule:

Q = (A / R) x dT

Hier:

• A is de oppervlakte in m².
• R is de weerstand van de constructie tegen warmteoverdracht.
• dT is het temperatuurverschil tussen buiten en binnen.Het moet worden bepaald voor de koudste periode van 5 dagen.

Als u de berekening op deze manier uitvoert, krijgt u alleen het resultaat voor de koudste periode van vijf dagen. Het totale warmteverlies voor het gehele koude seizoen wordt bepaald door rekening te houden met de dT-parameter, waarbij niet de laagste temperatuur, maar de gemiddelde temperatuur in aanmerking wordt genomen.

De mate waarin warmte wordt geabsorbeerd en warmteoverdracht is afhankelijk van de vochtigheid van het klimaat in de regio. Om deze reden worden bij de berekeningen gebruik gemaakt van vochtkaarten.

Vervolgens wordt de hoeveelheid energie berekend die nodig is om het warmteverlies dat verloren gaat via de gebouwschil en via ventilatie te compenseren. Het wordt aangegeven met het symbool W.

Hiervoor bestaat een formule:

W = ((Q + Qв) x 24 x N)/1000

Daarin is N de duur van de verwarmingsperiode in dagen.

Nadelen van gebiedsberekening

Berekening op basis van de oppervlakte-indicator is niet erg nauwkeurig. Hier wordt geen rekening gehouden met parameters als klimaat, temperatuurindicatoren, zowel minimaal als maximaal, en vochtigheid. Omdat veel belangrijke punten worden genegeerd, bevat de berekening aanzienlijke fouten.

Het project probeert ze vaak te dekken en omvat een "reserve".

Als toch voor deze berekeningsmethode wordt gekozen, moet rekening worden gehouden met de volgende nuances:

1. Als de hoogte van verticale hekken maximaal drie meter is en er niet meer dan twee openingen op één oppervlak zijn, is het beter om het resultaat met 100 W te vermenigvuldigen.
2. Als het project een balkon, twee ramen of een loggia omvat, vermenigvuldig dit dan met gemiddeld 125 W.
3. Wanneer het pand een industriële of magazijnruimte heeft, wordt een vermenigvuldiger van 150 W gebruikt.
4. Als radiatoren zich in de buurt van ramen bevinden, wordt hun ontwerpcapaciteit met 25% vergroot.

De formule voor oppervlakte is:

Q=S x 100 (150) B.

Hierbij is Q het comfortabele warmteniveau in het gebouw, S de verwarmde oppervlakte in m². De getallen 100 of 150 zijn de specifieke hoeveelheid thermische energie die wordt verbruikt om 1 m² te verwarmen.

Ventilatieverliezen in huis

De belangrijkste parameter in dit geval is de luchtwisselkoers. Op voorwaarde dat de muren van het huis dampdoorlatend zijn, is deze waarde gelijk aan één.

Het binnendringen van koude lucht in het huis gebeurt via toevoerventilatie. Afzuigventilatie helpt warme lucht te ontsnappen. De recuperator-warmtewisselaar vermindert verliezen door ventilatie. Het laat geen warmte ontsnappen met de uitgaande lucht en verwarmt de binnenkomende luchtstromen

Het is de bedoeling dat de lucht in het gebouw binnen een uur volledig zal worden ververst. Gebouwen gebouwd volgens de DIN-norm hebben muren met dampschermen, dus hier wordt aangenomen dat de luchtwisselkoers twee is.

Er is een formule die het warmteverlies via het ventilatiesysteem bepaalt:

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

Hier betekenen de symbolen het volgende:

1. Qв - warmteverlies.
2. V is het volume van de kamer in mᶾ.
3. P is de luchtdichtheid. de waarde wordt gelijkgesteld aan 1,2047 kg/mᶾ.
4. Kv - luchtwisselkoers.
5. C is de soortelijke warmtecapaciteit. Het is gelijk aan 1005 J/kg x C.

Op basis van de resultaten van deze berekening is het mogelijk om het vermogen van de warmtegenerator van het verwarmingssysteem te bepalen. Als de machtswaarde te hoog is, kan de oplossing voor de situatie dat zijn ventilatieapparaat met recuperator. Laten we een paar voorbeelden bekijken van huizen gemaakt van verschillende materialen.

Voorbeeld van thermische technische berekening nr. 1

Laten we een woongebouw berekenen gelegen in klimaatregio 1 (Rusland), subdistrict 1B. Alle gegevens zijn afkomstig uit tabel 1 van SNiP 23-01-99. De koudste temperatuur waargenomen over vijf dagen met een waarschijnlijkheid van 0,92 is tн = -22⁰С.

Volgens SNiP duurt de verwarmingsperiode (zop) 148 dagen. De gemiddelde temperatuur tijdens de stookperiode met de gemiddelde dagelijkse luchttemperatuur buiten is 8⁰ - tot = -2,3⁰. De buitentemperatuur tijdens het stookseizoen is tht = -4,4⁰.

Warmteverlies van een huis is het belangrijkste punt in de ontwerpfase. De keuze van bouwmaterialen en isolatie is afhankelijk van de resultaten van de berekening. Er zijn geen nulverliezen, maar u moet ernaar streven om ervoor te zorgen dat ze zo snel mogelijk zijn

Als voorwaarde werd gesteld dat de temperatuur in de kamers van het huis 22⁰ moest zijn. Het huis heeft twee verdiepingen en muren met een dikte van 0,5 m. De hoogte is 7 m, de plattegrondafmetingen zijn 10 x 10 m. Het materiaal van de verticale omhullende structuren is warm keramiek. Hiervoor is de thermische geleidbaarheidscoëfficiënt 0,16 W/m x C.

Als externe isolatie werd minerale wol gebruikt, 5 cm dik. De Kt-waarde hiervoor is 0,04 W/m x C. Het aantal raamopeningen in het huis is 15 stuks. 2,5 m² elk.

Warmteverlies door muren

Allereerst moet u de thermische weerstand van zowel de keramische wand als de isolatie bepalen. In het eerste geval is R1 = 0,5: 0,16 = 3,125 sq. m x Z/W. In de tweede - R2 = 0,05: 0,04 = 1,25 vierkante meter. m x Z/W. Over het algemeen geldt voor een verticale gebouwschil: R = R1 + R2 = 3,125 + 1,25 = 4,375 m². m x Z/W.

Omdat het warmteverlies recht evenredig is met de oppervlakte van de omhullende structuren, berekenen we de oppervlakte van de muren:

A = 10 x 4 x 7 – 15 x 2,5 = 242,5 m²

Nu kunt u het warmteverlies via de muren bepalen:

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

Warmteverlies door horizontale omhullende constructies wordt op een vergelijkbare manier berekend. Uiteindelijk worden alle resultaten bij elkaar opgeteld.

Als er een kelder is, zal het warmteverlies via de fundering en de vloer minder zijn, omdat bij de berekening rekening wordt gehouden met de temperatuur van de grond en niet met de buitenlucht

Indien de kelder onder de vloer van de eerste verdieping verwarmd wordt, hoeft de vloer niet geïsoleerd te worden. Het is nog steeds beter om de keldermuren te bekleden met isolatie, zodat de warmte niet in de grond ontsnapt.

Bepaling van verliezen door ventilatie

Om de berekening te vereenvoudigen, houden ze geen rekening met de dikte van de muren, maar bepalen ze eenvoudigweg het luchtvolume binnenin:

V = 10x10x7 = 700 mᶾ.

Bij een luchtverversingssnelheid van Kv = 2 zal het warmteverlies zijn:

Qв = (700 x 2) : 3600) x 1,2047 x 1005 x (22 – (-22)) = 20.776 W.

Als Kv = 1:

Qв = (700 x 1): 3600) x 1,2047 x 1005 x (22 – (-22)) = 10.358 W.

Rotatie- en platenwarmtewisselaars zorgen voor een effectieve ventilatie van woongebouwen. De efficiëntie van de eerste is hoger en bereikt 90%.

Voorbeeld van thermische berekening nr. 2

Het is nodig om de verliezen te berekenen door een bakstenen muur van 51 cm dik, die is geïsoleerd met een laag minerale wol van 10 cm. Buiten - 18⁰, binnen - 22⁰. De afmetingen van de muur zijn 2,7 m hoog en 4 m lang. De enige buitenmuur van de kamer is op het zuiden gericht; er zijn geen buitendeuren.

Voor baksteen is de thermische geleidbaarheidscoëfficiënt Kt = 0,58 W/mºC, voor minerale wol - 0,04 W/mºC. Thermische weerstand:

R1 = 0,51: 0,58 = 0,879 vierkante meter. m x Z/W. R2 = 0,1: 0,04 = 2,5 vierkante meter. m x Z/W. Over het algemeen geldt voor een verticale gebouwschil: R = R1 + R2 = 0,879 + 2,5 = 3,379 m². m x Z/W.

Buitenmuuroppervlak A = 2,7 x 4 = 10,8 m²

Warmteverlies door de muur:

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

Om verliezen door ramen te berekenen, wordt dezelfde formule gebruikt, maar hun thermische weerstand wordt in de regel aangegeven in het paspoort en hoeft niet te worden berekend.

Bij de thermische isolatie van een woning zijn ramen de “zwakke schakel”. Hierdoor gaat een vrij groot deel van de warmte verloren. Meerlaagse ramen met dubbele beglazing, warmtereflecterende films en dubbele kozijnen zullen de verliezen verminderen, maar zelfs dit zal niet helpen om warmteverlies volledig te voorkomen

Als het huis energiebesparende ramen heeft van 1,5 x 1,5 m², gericht op het noorden, en de thermische weerstand is 0,87 m2°C/W, dan zijn de verliezen:

Q® = (2,25: 0,87) x (22 – (-18)) = 103,4 t.

Voorbeeld van thermische berekening nr. 3

Laten we een thermische berekening uitvoeren van een houten blokgebouw met een gevel opgebouwd uit grenen boomstammen met een laag van 0,22 m dik. De coëfficiënt voor dit materiaal is K = 0,15. In deze situatie zal het warmteverlies zijn:

R = 0,22: 0,15 = 1,47 m² x ⁰С/W.

De laagste temperatuur van de vijfdaagse periode is -18⁰, voor comfort in huis wordt de temperatuur ingesteld op 21⁰. Het verschil bedraagt ​​39⁰. Op basis van een oppervlakte van 120 m² is het resultaat:

Qс = 120 x 39: 1,47 = 3184 W.

Laten we ter vergelijking de verliezen van een bakstenen huis bepalen. De coëfficiënt voor kalkzandsteen bedraagt ​​0,72.

R = 0,22: 0,72 = 0,306 m² x ⁰С/W.
Qс = 120 x 39: 0,306 = 15.294 W.

Onder dezelfde omstandigheden is een houten huis zuiniger. Kalkzandsteen is hier helemaal niet geschikt om muren mee te bouwen.

De houten structuur heeft een hoge warmtecapaciteit. De omhullende structuren zorgen voor een lange tijd een comfortabele temperatuur. Toch moet zelfs een blokhut geïsoleerd worden en het is beter om dit zowel binnen als buiten te doen

Bouwers en architecten raden u aan dit zeker te doen Warmteberekening voor verwarmingsinstallatie voor de juiste selectie van apparatuur en in de ontwerpfase van het huis voor het kiezen van een geschikt isolatiesysteem.

Warmteberekeningsvoorbeeld nr. 4

Het huis zal worden gebouwd in de regio Moskou. Voor de berekening is een muur van schuimblokken genomen. Hoe de isolatie wordt aangebracht geëxtrudeerd polystyreenschuim. De afwerking van de structuur is aan beide zijden gips. De structuur is kalksteenzand.

Geëxpandeerd polystyreen heeft een dichtheid van 24 kg/mᶾ.

De relatieve luchtvochtigheid in de ruimte bedraagt ​​55% bij een gemiddelde temperatuur van 20⁰. Laagdikte:

• gips - 0,01 m;
• schuimbeton - 0,2 m;
• geëxpandeerd polystyreen - 0,065 m.

De taak is om de vereiste en werkelijke warmteoverdrachtsweerstand te vinden. De vereiste Rtr wordt bepaald door de waarden in de uitdrukking te vervangen:

Rtr=a x GSOP+b

waarbij GOSP de graaddag van het stookseizoen is, zijn a en b coëfficiënten uit tabel nr. 3 van de Code of Rules 50.13330.2012. Omdat het een woongebouw betreft, is a 0,00035, b = 1,4.

GSOP wordt berekend met behulp van een formule uit dezelfde SP:

GOSP = (tv – tot) x zot.

In deze formule is tв = 20⁰, tоt = -2,2⁰, zоt - 205 de verwarmingsperiode in dagen. Vandaar:

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

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

Bepaal met behulp van tabel nr. 2 SP50.13330.2012 de thermische geleidbaarheidscoëfficiënten voor elke laag van de muur:

• λb1 = 0,81 W/m⁰С;
• λb2 = 0,26 W/m⁰С;
• λb3 = 0,041 W/m⁰С;
• λb4 = 0,81 W/m⁰С.

De totale voorwaardelijke weerstand tegen warmteoverdracht Ro is gelijk aan de som van de weerstanden van alle lagen. Het wordt berekend met behulp van de formule:

Deze formule is afkomstig uit SP 50.13330.2012. Hier is 1/av de weerstand tegen warmtewaarneming van interne oppervlakken. 1/an - hetzelfde als extern, δ / λ - thermische weerstand van de laag

Vervanging van de waarden die we krijgen: Rо arb. = 2,54 m2°C/W. Rф wordt bepaald door Ro te vermenigvuldigen met een coëfficiënt r gelijk aan 0,9:

Rf = 2,54 x 0,9 = 2,3 m2 x °C/W.

Het resultaat vereist een wijziging van het ontwerp van het omhullende element, omdat de werkelijke thermische weerstand kleiner is dan de berekende.

Er zijn veel computerdiensten die berekeningen versnellen en vereenvoudigen.

Thermische berekeningen houden rechtstreeks verband met de bepaling dauwpunt. Wat het is en hoe u de betekenis ervan kunt vinden, leert u in het artikel dat wij aanbevelen.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Thermische berekeningen uitvoeren met behulp van een online calculator:

Correcte thermische berekening:

Met een competente thermotechnische berekening kunt u de effectiviteit van het isoleren van de externe elementen van het huis evalueren en de kracht van de benodigde verwarmingsapparatuur bepalen.

Hierdoor kunt u geld besparen bij de aanschaf van materialen en verwarmingstoestellen. Het is beter om van tevoren te weten of de apparatuur de verwarming en airconditioning van het gebouw aankan, dan alles in het wilde weg te kopen.

Laat opmerkingen achter, stel vragen en plaats foto's gerelateerd aan het onderwerp van het artikel in het onderstaande blok. Vertel ons hoe thermische engineeringberekeningen u hebben geholpen bij het kiezen van verwarmingsapparatuur met het vereiste vermogen of isolatiesysteem. Het is mogelijk dat uw gegevens nuttig zijn voor bezoekers van de site.