Varmeteknisk beregning af bygningen: specifikationer og formler til udførelse af beregninger + praktiske eksempler

Ved drift af bygning er både overophedning og frostskader uønskede. En termisk beregning, som er lige så vigtig som beregning af økonomi, styrke, brandmodstand og holdbarhed, vil hjælpe med at finde den gyldne middelvej.

Baseret på termiske normer, klimatiske karakteristika, damp- og fugtgennemtrængelighed vælges materialer til opførelse af klimaskærm. Hvordan man udfører denne beregning, vil vi se nærmere på i artiklen.

Formålet med termisk beregning

Meget afhænger af de termiske egenskaber ved bygningens bærende klimaskærm. Dette inkluderer fugt i konstruktionselementer og temperaturindikatorer, som påvirker tilstedeværelsen eller fraværet af kondens på indervægge og etageadskillelser.

Beregningen vil vise, om stabile temperatur- og fugtighedsegenskaber opretholdes ved positive og negative temperaturer. Listen over disse egenskaber inkluderer også en indikator som mængden af varme, der tabes gennem bygningens klimaskærm i den kolde periode.

Man kan ikke begynde projektering uden at have alle disse data. Med dem som grundlag vælger man tykkelsen på vægge og etageadskillelser samt lagrækkefølgen.

Ifølge GOST 30494-96 er temperaturværdierne indendørs. I gennemsnit er den 21⁰. Den relative luftfugtighed skal være inden for komfortable rammer, i gennemsnit 37%. Maksimal luftbevægelseshastighed er 0,15 m/s.

Den termiske beregning har til formål at bestemme:

1. Er konstruktionerne identiske med de angivne krav med hensyn til termisk beskyttelse?
2. I hvor høj grad sikres et behageligt indeklima inde i bygningen?
3. Sikres optimal termisk beskyttelse af konstruktionerne?

Grundprincippet er at overholde balancen mellem temperaturforskellen på de indre konstruktioners overflader og rummets atmosfære. Hvis det ikke overholdes, vil disse overflader absorbere varme, og temperaturen indeni forbliver meget lav.

Indendørstemperaturen bør ikke påvirkes væsentligt af ændringer i varmestrøm. Denne egenskab kaldes varmestabilitet.

Ved at udføre en termisk beregning bestemmer man de optimale grænser (minimum og maksimum) for vægge og etagers tykkelse. Dette er en garanti for, at bygningen kan anvendes i lang tid uden ekstrem frost i konstruktionerne og uden overophedning.

Parametre til udførelse af beregninger

For at udføre en varmeberegning har man brug for startparametre.

De afhænger af en række egenskaber:

1. Bygningens formål og type.
2. Orientering af lodrette omsluttende konstruktioner i forhold til verdenshjørnerne.
3. Geografiske parametre for det fremtidige hus.
4. Bygningens volumen, antal etager, areal.
5. Typer og dimensioner af dør- og vinduesåbninger.
6. Varmekilde og dens tekniske parametre.
7. Antal af faste beboere.
8. Materiale til lodrette og vandrette omsluttende konstruktioner.
9. Øvre etages dæk.
10. Indretning med varmtvandsforsyning.
11. Type af ventilation.

Andre konstruktive træk ved bygningen tages også i betragtning ved beregningen. Luftgennemtrængeligheden af omsluttende konstruktioner må ikke bidrage til overdreven afkøling inde i huset og reducere varmeisolerende egenskaber af elementerne.

Varmetab forårsages også af overfugtning af vægge, og desuden medfører det fugt, som har en negativ indvirkning på bygningens holdbarhed.

Under beregningsprocessen bestemmes først og fremmest de termiske data for byggematerialer, som de omsluttende elementer af bygningen er fremstillet af. Derudover skal den reducerede varmeoverførselsmodstand bestemmes og dens overensstemmelse med standardværdien.

Formler til udførelse af beregning

Varmetab fra huset kan opdeles i to hoveddele: tab gennem omsluttende konstruktioner og tab forårsaget af funktionen af ventilationssystemet. Derudover tabes varme, når varmt vand hældes i kloaksystemet.

Tab gennem klimaskærm

For materialer, som de omsluttende konstruktioner er lavet af, skal man finde værdien af varmeledningsevneindekset Kt (W/(m·°C)). De findes i relevante håndbøger.

Nu, når man kender tykkelsen af lagene, beregner man den termiske modstand for hver enhed ved formlen: R = S/Kt. Hvis konstruktionen er flerlags, summeres alle de opnåede værdier.

Størrelsen af varmetab bestemmes lettest ved at summere varmestrømme gennem de omsluttende konstruktioner, som faktisk udgør denne bygning.

Ved at følge denne metode tager man hensyn til, at materialerne, der udgør konstruktionerne, har forskellig struktur. Der tages også hensyn til, at varmestrømmen, der passerer gennem dem, har forskellige karakteristika.

For hver enkelt konstruktion bestemmes varmetabet ved formlen:

Q = (A / R) x dT

Her:

• A — areal i m².
• R — konstruktionens varmeoverførselsmodstand.
• dT — temperaturforskel mellem ude og inde. Det skal bestemmes for den koldeste 5-dages periode.

Ved at udføre beregningen på denne måde får man kun resultat for den koldeste femdages periode. Det samlede varmetab i hele den kolde sæson bestemmes ved at inddrage parameteren dT, idet man tager hensyn til gennemsnitstemperaturen og ikke den laveste.

I hvilken grad varme absorberes, og også varmeafgivelse afhænger af klimaets fugtighed i regionen. Af denne grund bruger man fugtighedskort i beregningerne.

Dernæst beregner man den mængde energi, der er nødvendig for at kompensere for varmetab, der sker både gennem omsluttende konstruktioner og gennem ventilation. Den betegnes med symbolet W.

Til dette er der en formel:

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

Her er N varigheden af opvarmningsperioden i dage.

Ulemper ved arealberegning

Beregning baseret på arealindikatoren er ikke særlig nøjagtig. Her er der ikke taget hensyn til parametre som klima, temperaturindikatorer både minimale og maksimale, fugtighed. På grund af ignorering af mange vigtige punkter har beregningen betydelige fejl.

Ofte, for at dække dem, indregner man en 'buffer' i projektet.

Hvis man alligevel vælger denne metode til beregning, skal man tage hensyn til følgende nuancer:

1. Ved højden af lodrette vægge op til tre meter og højst to åbninger på en overflade, ganges resultatet bedst med 100 W.
2. Hvis projektet omfatter en altan, to vinduer eller en loggia, ganges i gennemsnit med 125 W.
3. Når rummene er industrielle eller lagerlokaler, anvendes en multiplikator på 150 W.
4. Hvis radiatorerne placeres i nærheden af vinduer, øges deres projekterede effekt med 25%.

Formlen efter areal har følgende udseende:

Q=S x 100 (150) W.

Her er Q komfortniveauet for varme i bygningen, S er det opvarmede areal i m². Tallene 100 eller 150 er den specifikke mængde termisk energi, der forbruges til opvarmning af 1 m².

Tab gennem boligens ventilation

Nøgleparameteren i dette tilfælde er luftskiftehastigheden. Forudsat at husets vægge er damppermeable, er denne værdi lig med én.

Indtrængning af kold luft i huset sker gennem tilførselsventilation. Udsugningsventilation bidrager til bortførelse af varm luft. En rekuperator-varmeveksler reducerer tab gennem ventilation. Den forhindrer varmetab med den udgående luft og opvarmer de indgående strømme.

Der forudsættes fuldstændig luftfornyelse inden i bygningen inden for en time. Bygninger bygget efter DIN-standarden har vægge med dampspærre, så her sættes luftskiftehastigheden til to.

Der er en formel, hvormed varmetab gennem ventilationssystemet bestemmes:

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

Her angiver symbolerne følgende:

1. Qv — varmetab.
2. V — rummets volumen i m³.
3. P — luftens tæthed. Dens værdi antages at være 1,2047 kg/m³.
4. Kv — luftskiftehastighed.
5. C — specifik varmekapacitet. Den er lig med 1005 J/(kg·°C).

Ud fra resultaterne af denne beregning kan man bestemme varmegeneratorens effekt i varmesystemet. Hvis effektværdien er for høj, kan en ventilationsenhed med en varmegenvinder være løsningen. Lad os se på nogle eksempler for huse af forskellige materialer.

Eksempel på termisk beregning nr. 1

Lad os beregne en boligbygning beliggende i klimazone 1 (Rusland), underzone 1B. Alle data er taget fra tabel 1 i SNiP 23-01-99. Den koldeste temperatur, der observeres over fem dage med en sikkerhed på 0,92 — tn = -22⁰C.

I henhold til SNiP varer opvarmningsperioden (zop) 148 dage. Gennemsnitstemperaturen i opvarmningsperioden ved gennemsnitlig daglig udendørstemperatur på 8⁰ — tot = -2,3⁰. Udendørstemperaturen i opvarmningssæsonen — tht = -4,4⁰.

Husets varmetab er et afgørende punkt i designfasen. Resultatet af beregningen påvirker både valget af byggematerialer og isolering. Der findes ikke nul tab, men man skal stræbe efter, at de er så fornuftige som muligt.

Det er aftalt, at temperaturen i husets rum skal være 22⁰. Huset har to etager og vægge med en tykkelse på 0,5 m. Højden er 7 m, planmålene er 10 x 10 m. Materialet i de lodrette klimaskærme er varm keramik. Dets varmeledningsevne er 0,16 W/m x C.

Som udvendig isolering, 5 cm tyk, er der brugt mineraluld. Dens Kt-værdi er 0,04 W/m x C. Antallet af vinduesåbninger i huset er 15 stk. på hver 2,5 m².

Varmetab gennem vægge

Først skal man bestemme den termiske modstand for både keramikvæggen og isoleringen. I første tilfælde R1 = 0,5 : 0,16 = 3,125 m² x C/W. I andet tilfælde — R2 = 0,05 : 0,04 = 1,25 m² x C/W. Samlet for den lodrette klimaskærm: R = R1 + R2 = 3.125 + 1.25 = 4.375 m² x C/W.

Da varmetabet er direkte proportionalt med arealet af klimaskærmene, beregner vi vægarealet:

A = 10 x 4 x 7 – 15 x 2,5 = 242,5 m²

Nu kan varmetabet gennem væggene bestemmes:

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

Varmetab gennem vandrette klimaskærme beregnes på samme måde. Til sidst summeres alle resultater.

Hvis der er en kælder, vil varmetabet gennem fundament og gulv være mindre, da beregningen inkluderer jordtemperaturen, ikke udelufttemperaturen.

Hvis kælderen under førstesalens gulv er opvarmet, behøver gulvet ikke at isoleres. Kælderens vægge bør dog stadig beklædes med isolering for at forhindre varmetab til jorden.

Bestemmelse af tab gennem ventilation

For at forenkle beregningen ignorerer man væggenes tykkelse og bestemmer blot luftvolumenet indeni:

V = 10x10x7 = 700 m³.

Ved luftskiftehastigheden Kv = 2 vil varmetabet være:

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

Hvis Kv = 1:

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

Effektiv ventilation af boliger opnås med roterende og pladevarmevekslere. Virkningsgraden hos førstnævnte er højere, den når op til 90%.

Eksempel på termisk beregning nr. 2

Det er nødvendigt at beregne varmetabet gennem en mur af mursten med en tykkelse på 51 cm. Den er isoleret med et 10 cm lag mineraluld. Udenfor – 18⁰, indenfor — 22⁰. Murens dimensioner er 2,7 m i højden og 4 m i længden. Den eneste ydre væg i rummet vender mod syd, der er ingen yderdøre.

For mursten er varmeledningsevnen Kt = 0,58 W/mºC, for mineraluld — 0,04 W/mºC. Termisk modstand:

R1 = 0,51 : 0,58 = 0,879 kvm. x C/W. R2 = 0,1 : 0,04 = 2,5 kvm. x C/W. Samlet for den lodrette afskærmningskonstruktion: R = R1 + R2 = 0,879 + 2,5 = 3,379 kvm. x C/W.

Arealet af ydervæggen A = 2,7 x 4 = 10,8 m²

Varmetab gennem væggen:

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

Til beregning af tab gennem vinduer anvendes samme formel, men den termiske modstand er som regel angivet i databladet og behøver ikke at beregnes.

I husets varmeisolering er vinduerne det 'svage led'. En ret stor del af varmen slipper ud gennem dem. Tabene kan reduceres med flerlags termoruder, varmereflekterende film, dobbelte rammer, men selv dette kan ikke helt undgå varmetab.

Hvis huset har vinduer med målene 1,5 x 1,5 m² energibesparende, vendt mod nord, og den termiske modstand er 0,87 m2°C/W, vil tabet være:

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

Eksempel på termisk beregning nr. 3

Vi udfører en termisk beregning af en træbygning med facade af fyrretræsstammer med en lagtykkelse på 0,22 m. Koefficienten for dette materiale er K=0,15. I denne situation vil varmetabet være:

R = 0,22 : 0,15 = 1,47 m² x °C/W.

Den laveste temperatur i femdøgnsperioden er -18⁰, for komfort i huset er temperaturen sat til 21⁰. Forskellen vil være 39⁰. Hvis man tager udgangspunkt i et areal på 120 m², får man resultatet:

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

Til sammenligning bestemmer vi tabet for et murstenshus. Koefficienten for kalksandsten er 0,72.

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

Under samme forhold er et træhus mere økonomisk. Kalksandsten er slet ikke egnet til opførelse af vægge her.

Træbygningen har en høj varmekapacitet. Dens omsluttende konstruktioner holder længe på en behagelig temperatur. Alligevel skal selv et bjælkehus isoleres, og det er bedst at gøre det både indvendigt og udvendigt.

Bygherrer og arkitekter anbefaler at udføre varmeberegning ved installation af varme for korrekt valg af udstyr og på husets designstadie for at vælge et passende isoleringssystem.

Eksempel på termisk beregning nr. 4

Huset vil blive bygget i Moskva oblast. Til beregningen er der taget en væg lavet af porebetonblokke. Som isolering er anvendt ekstruderet polystyrenskum. Konstruktionens finish er puds på begge sider. Dens struktur er kalk-sand.

Polystyrenskum har en densitet på 24 kg/m³.

Relativ luftfugtighed i rummet er 55% ved en gennemsnitstemperatur på 20°. Lagtykkelser:

• puds — 0,01 m;
• porebeton — 0,2 m;
• polystyrenskum — 0,065 m.

Opgaven er at finde den nødvendige varmeoverførselsmodstand og den faktiske. Den nødvendige Rtr bestemmes ved at indsætte værdierne i udtrykket:

Rtr = a × GSOP + b

hvor GOSP er graddøgn i opvarmningssæsonen, og a og b er koefficienter fra tabel nr. 3 i Regelsæt 50.13330.2012. Da bygningen er beboelig, er a = 0,00035, b = 1,4.

GSOP beregnes efter formlen fra samme regelsæt:

GOSP = (tv – tot) × zot.

I denne formel er tv = 20°, tot = -2,2°, zot = 205 — opvarmningsperioden i døgn. Derfor:

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

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

Ved hjælp af tabel nr. 2 i SP 50.13330.2012 bestemmes varmeledningskoefficienterne for hvert lag i væggen:

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

Den samlede betingede varmeoverførselsmodstand Ro er lig med summen af modstandene for alle lag. Den beregnes efter formlen:

Denne formel er hentet fra SP 50.13330.2012. Her er 1/av modstanden mod varmeoptagelse på indvendige overflader. 1/an er det samme for udvendige overflader, δ/λ er den termiske modstand af laget.

Ved at indsætte værdierne får man: Ro usl. = 2,54 m²°C/W. Rf bestemmes ved at multiplicere Ro med en faktor r lig med 0,9:

Rf = 2,54 × 0,9 = 2,3 m² × °C/W.

Resultatet gør det nødvendigt at ændre konstruktionen af det omsluttende element, da den faktiske termiske modstand er mindre end den beregnede.

Der findes mange computerservices, der fremskynder og forenkler beregningerne.

Termiske beregninger er direkte forbundet med bestemmelse af dugpunktet. Hvad dette er, og hvordan man finder dets værdi, kan du læse i den artikel, vi anbefaler.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Udførelse af termisk beregning ved hjælp af online-beregner:

Korrekt termisk beregning:

En kompetent termisk beregning vil gøre det muligt at vurdere effektiviteten af isoleringen af husets udvendige elementer og bestemme den nødvendige varmekapacitet for varmeudstyret.

Som resultat kan man spare ved køb af materialer og varmeanordninger. Det er bedre på forhånd at vide, om udstyret kan klare opvarmning og aircondition af bygningen, end at købe alt på må og få.

Efterlad venligst kommentarer, stil spørgsmål, upload billeder om emnet i boksen nedenfor. Fortæl om, hvordan den termiske beregning hjalp dig med at vælge varmeudstyr med den rette kapacitet eller isoleringssystem. Din information kan måske være nyttig for webstedets besøgende.