Pastato šilumotechninis skaičiavimas: specifika ir skaičiavimo formulės + praktiniai pavyzdžiai

Eksploatuojant pastatą nepageidautinas tiek perkaitimas, tiek užšalimas. Nustatyti aukso vidurį leis šilumotechninis skaičiavimas, kuris yra ne mažiau svarbus nei ekonomiškumo, tvirtumo, atsparumo ugniai, ilgaamžiškumo skaičiavimas.

Remiantis šilumotechninėmis normomis, klimato charakteristikomis, garo ir drėgmės pralaidumu, parenkamos medžiagos atitvarinių konstrukcijų statybai. Kaip atlikti šį skaičiavimą, aptarsime straipsnyje.

Šilumotechninio skaičiavimo tikslas

Nuo pastato kapitalinių atitvarų šilumotechninių ypatybių priklauso daug kas. Tai ir konstrukcinių elementų drėgnumas, ir temperatūros rodikliai, kurie veikia kondensato buvimą ar nebuvimą ant vidinių pertvarų ir perdangų.

Skaičiavimas parodys, ar bus palaikomos stabilios temperatūros ir drėgmės charakteristikos esant teigiamai ir neigiamai temperatūrai. Šių charakteristikų sąraše yra ir toks rodiklis kaip šilumos kiekis, prarandamas per pastato atitvarines konstrukcijas šaltuoju laikotarpiu.

Negalima pradėti projektavimo neturint visų šių duomenų. Remiantis jais, parenkamas sienų ir perdangų storis, sluoksnių seka.

Pagal GOST 30494-96 reglamentą, temperatūros vertės patalpų viduje. Vidutiniškai ji lygi 21°. Tuo tarpu santykinė drėgmė privalo būti komforto ribose, o tai vidutiniškai 37%. Didžiausias oro masės judėjimo greitis – 0,15 m/s

Šilumotechninis skaičiavimas kelia sau tikslus nustatyti:

1. Ar konstrukcijos yra identiškos deklaruotiems reikalavimams šiluminės apsaugos požiūriu?
2. Ar pakankamai pilnai užtikrinamas komfortiškas mikroklimatas pastato viduje?
3. Ar užtikrinama optimali konstrukcijų šiluminė apsauga?

Pagrindinis principas – temperatūros rodiklių skirtumo balanso tarp vidinių atitvarų konstrukcijų ir patalpų atmosferos laikymasis. Jei jo nesilaikoma, šilumą ims absorbuoti tie paviršiai, o viduje temperatūra išliks labai žema.

Vidinei temperatūrai neturėtų reikšmingai įtakoti šilumos srauto pokyčiai. Ši charakteristika vadinama šilumos stabilumu.

Atliekant šiluminį skaičiavimą nustatomos optimalios ribos (minimali ir maksimali) sienų ir perdangų storio. Tai garantuoja pastato eksploataciją ilgą laiką tiek be ekstremalaus konstrukcijų užšalimo, tiek be perkaitimo.

Skaičiavimų atlikimo parametrai

Norint atlikti šiluminį skaičiavimą, reikalingi pradiniai parametrai.

Jie priklauso nuo kelių charakteristikų:

1. Pastato paskirties ir jo tipo.
2. Vertikalių atitvarinių konstrukcijų orientacijos pagal pasaulio šalis.
3. Geografiniai būsimo namo parametrai.
4. Pastato tūris, aukštų skaičius, plotas.
5. Durų ir langų angų tipai ir matmenys.
6. Šildymo tipas ir jo techniniai parametrai.
7. Nuolatinių gyventojų skaičius.
8. Vertikalių ir horizontalių atitvarinių konstrukcijų medžiaga.
9. Viršutinio aukšto perdanga.
10. Karšto vandens tiekimo įranga.
11. Vėdinimo tipas.

Skaičiuojant atsižvelgiama ir į kitas konstrukcines pastato ypatybes. Atitvarinių konstrukcijų oro pralaidumas neturi skatinti per didelio namo vidaus aušinimo ir sumažinti elementų šiluminės apsaugos charakteristikų.

Šilumos nuostolius sukelia ir sienų perdrėkimas, be to, tai sukelia drėgmę, neigiamai veikiančią pastato ilgaamžiškumą.

Skaičiavimo metu pirmiausia nustatomi statybinių medžiagų, iš kurių pagaminti pastato atitvariniai elementai, šiluminiai techniniai duomenys. Be to, nustatoma sumažinta šilumos perdavimo varža ir jos atitiktis norminei vertei.

Skaičiavimo atlikimo formulės

Namo netenkamos šilumos nuotėkius galima suskirstyti į dvi pagrindines dalis: nuostoliai per atitvarines konstrukcijas ir nuostoliai, kuriuos sukelia vėdinimo sistemos veikimas. Be to, šiluma netenkama išleidžiant šiltą vandenį į kanalizacijos sistemą.

Nuostoliai per atitvarines konstrukcijas

Medžiagoms, iš kurių pagamintos atitvarinės konstrukcijos, reikia rasti šilumos laidumo rodiklio Kt reikšmę (W/(m·°C)). Jie pateikiami atitinkamuose žinynuose.

Dabar, žinant sluoksnių storį, pagal formulę: R = S/Kt, apskaičiuojama kiekvieno vieneto šiluminė varža. Jei konstrukcija yra daugiasluoksnė, visos gautos vertės sumuojamos.

Šilumos nuostolių dydžius lengviausia nustatyti sumuojant šilumos srautus per atitvarines konstrukcijas, kurios iš esmės ir sudaro šį pastatą

Vadovaujantis šia metodika, atsižvelgiama į tai, kad konstrukcijas sudarančios medžiagos turi skirtingą struktūrą. Taip pat atsižvelgiama į tai, kad pro jas einantis šilumos srautas turi skirtingą specifiką.

Kiekvienos atskiros konstrukcijos šilumos nuostoliai nustatomi pagal formulę:

Q = (A / R) х dT

Čia:

• A — plotas m².
• R — konstrukcijos šilumos perdavimo varža.
• dT — temperatūrų skirtumas lauke ir viduje. Jį reikia nustatyti šalčiausiam 5 dienų laikotarpiui.

Atliekant skaičiavimą tokiu būdu, galima gauti rezultatą tik šalčiausiam penkių dienų laikotarpiui. Bendrieji šilumos nuostoliai per visą šaltąjį sezoną nustatomi atsižvelgiant į dT parametrą, įvertinant ne žemiausią, o vidutinę temperatūrą.

Kiek šiluma įsisavinama, taip pat šilumos perdavimas priklauso nuo regiono klimato drėgmės. Dėl šios priežasties skaičiavimuose naudojami drėgmės žemėlapiai.

Toliau apskaičiuojamas energijos kiekis, reikalingas šilumos nuostoliams, patirtiems tiek per atitveriančias konstrukcijas, tiek per vėdinimą, kompensuoti. Jis žymimas simboliu W.

Tam yra formulė:

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

Joje N – šildymo laikotarpio trukmė dienomis.

Skaičiavimo pagal plotą trūkumai

Skaičiavimas, pagrįstas ploto rodikliu, nėra labai tikslus. Čia neatsižvelgiama į tokius parametrus kaip klimatas, temperatūros rodikliai tiek minimalūs, tiek maksimalūs, drėgmė. Dėl daugelio svarbių momentų ignoravimo skaičiavimas turi didelių paklaidų.

Dažnai, bandant jas kompensuoti, projekte numatomas „atsargos“.

Jei vis dėlto skaičiavimui pasirinktas šis būdas, reikia atsižvelgti į šiuos niuansus:

1. Kai vertikalių atitvarų aukštis iki trijų metrų ir viename paviršiuje yra ne daugiau kaip dvi angos, rezultatą geriau padauginti iš 100 W.
2. Jei projekte numatytas balkonas, du langai arba lodžija, vidutiniškai dauginama iš 125 W.
3. Kai patalpos yra pramoninės arba sandėliavimo, taikomas daugiklis 150 W.
4. Jei radiatoriai yra šalia langų, jų projektinė galia didinama 25%.

Formulė pagal plotą yra tokia:

Q = S x 100 (150) W.

Čia Q – komfortiškas šilumos lygis pastate, S – šildomas plotas m². Skaičiai 100 arba 150 – savitoji šiluminės energijos vertė, sunaudojama 1 m² šildyti.

Nuostoliai per namo vėdinimą

Pagrindinis parametras šiuo atveju yra oro mainų dažnis. Jei namo sienos yra garams laidžios, ši vertė lygi vienetui.

Šalto oro patekimas į namą vyksta per tiekiamąją vėdinimą. Ištraukiamoji vėdinacija skatina šilto oro pasišalinimą. Vėdinimo nuostolius mažina rekuperatorius-šilumokaitis. Jis neleidžia šilumai pasišalinti su išeinančiu oru, o įeinančius srautus jis šildo.

Numatomas visiškas oro atnaujinimas pastato viduje per vieną valandą. Pagal DIN standartą pastatyti pastatai turi sienas su garų izoliacija, todėl čia oro mainų dažnis laikomas lygiu dviem.

Yra formulė, pagal kurią nustatomi šilumos nuostoliai per vėdinimo sistemą:

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

Čia simboliai reiškia:

1. Qv – šilumos nuostoliai.
2. V – kambario tūris m³.
3. P – oro tankis. Jo vertė laikoma 1,2047 kg/m³.
4. Kv – oro mainų dažnis.
5. C – savitoji šiluminė talpa. Ji lygi 1005 J/(kg·°C).

Remiantis šio skaičiavimo rezultatais, galima nustatyti šildymo sistemos šilumos generatoriaus galią. Jei galios vertė per didelė, išeitis gali būti vėdinimo įrenginys su rekuperatoriumi. Panagrinėkime kelis pavyzdžius skirtingų medžiagų namams.

Šilumotechninio skaičiavimo pavyzdys Nr. 1

Paskaičiuosime gyvenamąjį namą, esantį 1 klimato rajone (Rusija), subrajone 1B. Visi duomenys paimti iš SNiP 23-01-99 1 lentelės. Šalčiausia temperatūra, stebima per penkias dienas su 0,92 užtikrintumu – t_n = -22 °C.

Pagal SNiP, šildymo laikotarpis (zop) trunka 148 paras. Vidutinė temperatūra per šildymo laikotarpį, kai vidutinė paros lauko oro temperatūra yra 8° – t_ot = -2,3°. Lauko temperatūra šildymo sezono metu – tht = -4,4°.

Namo šilumos nuostoliai yra itin svarbus momentas jo projektavimo etape. Nuo skaičiavimo rezultatų priklauso ir statybinių medžiagų, ir izoliacijos pasirinkimas. Nulinių nuostolių nebūna, tačiau reikia siekti, kad jie būtų kuo tikslingesni.

Nustatyta sąlyga, kad namo kambariuose turi būti užtikrinta 22° temperatūra. Namas turi du aukštus ir 0,5 m storio sienas. Jo aukštis – 7 m, planiniai matmenys – 10 x 10 m. Vertikalių atitvarinių konstrukcijų medžiaga – šiltoji keramika. Jos šilumos laidumo koeficientas – 0,16 W/m x C.

Kaip išorinė izoliacija, 5 cm storio, naudota mineralinė vata. Jos šilumos laidumo vertė – 0,04 W/m x C. Langų angų skaičius name – 15 vnt. po 2,5 m² kiekviena.

Šilumos nuostoliai per sienas

Visų pirma reikia nustatyti tiek keraminės sienos, tiek izoliacijos šiluminę varžą. Pirmuoju atveju R1 = 0,5 : 0,16 = 3,125 kv. m x C/W. Antruoju – R2 = 0,05 : 0,04 = 1,25 kv. m x C/W. Iš viso vertikaliai atitvarinei konstrukcijai: R = R1 + R2 = 3,125 + 1,25 = 4,375 kv. m x C/W.

Kadangi šilumos nuostoliai yra tiesiogiai proporcingi atitvarinių konstrukcijų plotui, apskaičiuojame sienų plotą:

A = 10 x 4 x 7 – 15 x 2,5 = 242,5 m²

Dabar galima nustatyti šilumos nuostolius per sienas:

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

Šilumos nuostoliai per horizontalias atitvarines konstrukcijas apskaičiuojami analogiškai. Galiausiai visi rezultatai sumuojami.

Jei yra rūsys, šilumos nuostoliai per pamatus ir grindis bus mažesni, nes skaičiavime dalyvauja grunto temperatūra, o ne lauko oro temperatūra.

Jei rūsys po pirmojo aukšto grindimis yra šildomas, grindų galima nešiltinti. Vis dėlto rūsio sienas geriau apšiltinti, kad šiluma nedingtų į gruntą.

Nuostolių per vėdinimą nustatymas

Kad supaprastintų skaičiavimą, neatsižvelgiama į sienų storį, o tiesiog nustatomas viduje esančio oro tūris:

V = 10 x 10 x 7 = 700 m³.

Kai oro apykaitos dažnis Kv = 2, šilumos nuostoliai sudarys:

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

Jei Kv = 1:

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

Efektyvią gyvenamųjų namų vėdinimą užtikrina rotoriniai ir plokšteliniai rekuperatoriai. Pirmųjų naudingumo koeficientas didesnis, jis siekia 90%.

Šilumotechninio skaičiavimo pavyzdys Nr. 2

Reikia apskaičiuoti nuostolius per plytų sieną, kurios storis 51 cm. Ji apšiltinta 10 centimetrų mineralinės vatos sluoksniu. Išorėje – 18⁰, viduje — 22⁰. Sienos matmenys — 2,7 m aukščio ir 4 m ilgio. Vienintelė patalpos išorinė siena orientuota į pietus, išorinių durų nėra.

Plytai šilumos laidumo koeficientas Kt = 0,58 W/m°C, mineralinei vatai — 0,04 W/m°C. Terminė varža:

R1 = 0,51 : 0,58 = 0,879 m²·°C/W. R2 = 0,1 : 0,04 = 2,5 m²·°C/W. Iš viso vertikaliai atitvarinei konstrukcijai: R = R1 + R2 = 0,879 + 2,5 = 3,379 m²·°C/W.

Išorinės sienos plotas A = 2,7 × 4 = 10,8 m²

Šilumos nuostoliai per sieną:

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

Skaičiuojant nuostolius per langus, taikoma ta pati formulė, tačiau jų terminė varža paprastai nurodyta pase ir jos skaičiuoti nereikia.

Namo šilumos izoliacijoje langai yra „silpnoji grandis“. Per juos išeina gana didelė šilumos dalis. Nuostolius sumažins daugiasluoksniai stiklo paketai, šilumą atspindinčios plėvelės, dvigubi rėmai, tačiau net tai nepadės visiškai išvengti šilumos nuostolių.

Jei namo langai yra 1,5 × 1,5 m² energiją taupantys, orientuoti į šiaurę, o terminė varža lygi 0,87 m²°C/W, tuomet nuostoliai sudarys:

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

Šilumotechninio skaičiavimo pavyzdys Nr. 3

Atlikime šiluminį medinio rąstinio pastato, kurio fasadas pastatytas iš pušinių rąstų, kurių sluoksnio storis 0,22 m, skaičiavimą. Šios medžiagos koeficientas — K=0,15. Šioje situacijoje šilumos nuostoliai sudarys:

R = 0,22 : 0,15 = 1,47 m²·°C/W.

Žemiausia penkių dienų temperatūra — -18°C, komfortui namuose nustatyta 21°C temperatūra. Skirtumas sudarys 39°C. Jei remsimės 120 m² plotu, gausime rezultatą:

Qs = 120 × 39 : 1,47 = 3184 W.

Palyginimui nustatykime mūrinio namo nuostolius. Silikatinės plytos koeficientas — 0,72.

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

Tomis pačiomis sąlygomis medinis namas yra ekonomiškesnis. Silikatinė plyta sienų statybai čia visiškai netinka.

Medinis statinys pasižymi didele šilumine talpa. Jo atitvarinės konstrukcijos ilgai išlaiko patogią temperatūrą. Vis dėlto, net rąstinį namą reikia apšiltinti, ir geriau tai padaryti tiek iš vidaus, tiek iš išorės.

Statybininkai ir architektai rekomenduoja būtinai atlikti šilumos skaičiavimą įrengiant šildymą, norint tinkamai parinkti įrangą, o namo projektavimo etape – pasirinkti tinkamą apšiltinimo sistemą.

Šilumos skaičiavimo pavyzdys Nr. 4

Namas bus pastatytas Maskvos srityje. Skaičiavimui paimta siena, pagaminta iš putų blokelių. Kaip šiltinimo medžiaga naudojamas ekstruzinis polistireninis putplastis. Konstrukcijos apdaila – tinkas iš abiejų pusių. Jos struktūra – kalkių-smėlio.

Polistireninis putplastis turi tankį 24 kg/m³.

Santykiniai oro drėgmės rodikliai patalpoje – 55 % esant vidutinei temperatūrai 20⁰. Sluoksnių storis:

• tinkas – 0,01 m;
• putų betonas – 0,2 m;
• polistireninis putplastis – 0,065 m.

Užduotis – rasti reikiamą šilumos perdavimo varžą ir faktinę. Reikalinga Rtr nustatoma, pakeitus reikšmes į išraišką:

Rtr = a x GSOP + b

kur GSOP – tai šildymo sezono laipsniodieniai, o a ir b – koeficientai, paimti iš Taisyklių rinkinio 50.13330.2012 lentelės Nr. 3. Kadangi pastatas gyvenamasis, a lygu 0,00035, b = 1,4.

GSOP apskaičiuojamas pagal formulę, paimtą iš to paties SP:

GSOP = (tv – tot) x zot.

Šioje formulėje tv = 20⁰, tot = -2,2⁰, zot – 205 – šildymo periodas paromis. Taigi:

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

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

Naudojant lentelę Nr. 2 iš SP50.13330.2012, nustatomi šilumos laidumo koeficientai kiekvienam sienos sluoksniui:

• λb1 = 0,81 W/m⁰C;
• λb2 = 0,26 W/m⁰C;
• λb3 = 0,041 W/m⁰C;
• λb4 = 0,81 W/m⁰C;

Visa sąlyginė šilumos perdavimo varža Ro yra lygi visų sluoksnių varžų sumai. Ji apskaičiuojama pagal formulę:

Ši formulė paimta iš SP 50.13330.2012. Čia 1/av – tai vidinių paviršių šilumos sugerties priešprieša. 1/an – tas pats išorinių, δ/λ – sluoksnio šiluminė varža.

Pakeitus reikšmes gaunama: Ro sąl. = 2,54 m²°C/W. Rf nustatomas dauginant Ro iš koeficiento r, lygaus 0,9:

Rf = 2,54 x 0,9 = 2,3 m² x °C/W.

Rezultatas įpareigoja pakeisti atitvarinio elemento konstrukciją, nes faktinė šiluminė varža yra mažesnė už apskaičiuotąją.

Egzistuoja daugybė kompiuterinių paslaugų, kurios pagreitina ir supaprastina skaičiavimus.

Šilumos techniniai skaičiavimai tiesiogiai susiję su rasos taško nustatymu. Kas tai yra ir kaip rasti jo reikšmę, sužinosite iš mūsų rekomenduojamo straipsnio.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Šilumos techninio skaičiavimo atlikimas naudojant internetinį skaičiuotuvą:

Teisingas šilumos techninis skaičiavimas:

Kompetentingas šilumos techninis skaičiavimas leis įvertinti namo išorinių elementų šiltinimo efektyvumą, nustatyti reikalingos šildymo įrangos galią.

Dėl to galima sutaupyti perkant medžiagas ir šildymo prietaisus. Geriau iš anksto žinoti, ar technika susidoros su pastato šildymu ir kondicionavimu, nei viską pirkti atsitiktinai.

Prašome palikti komentarus, užduoti klausimus, talpinti nuotraukas straipsnio tema žemiau esančiame bloke. Papasakokite, kaip šilumos techninis skaičiavimas padėjo jums pasirinkti reikiamos galios šildymo įrangą ar šiltinimo sistemą. Gali būti, kad jūsų informacija pravers svetainės lankytojams.