Tepelnotechnický výpočet budovy: špecifiká a vzorce vykonávania výpočtov + praktické príklady

Pri prevádzke budovy je nežiaduce prehrievanie aj premŕzanie. Určiť zlatú strednú cestu umožní tepelnotechnický výpočet, ktorý je nemenej dôležitý ako výpočet hospodárnosti, pevnosti, odolnosti voči ohňu, trvanlivosti.

Vychádzajúc z tepelnotechnických noriem, klimatických charakteristík, paropriepustnosti a vlhkostnej priepustnosti sa uskutočňuje výber materiálov na stavbu obvodových konštrukcií. Ako vykonať tento výpočet, pozrieme sa v článku.

Cieľ tepelnotechnického výpočtu

Od tepelnotechnických vlastností hlavných obvodových konštrukcií budovy závisí veľa. Je to vlhkosť konštrukčných prvkov, teplotné ukazovatele, ktoré ovplyvňujú prítomnosť alebo neprítomnosť kondenzátu na vnútorných priečkach a stropoch.

Výpočet ukáže, či sa budú udržiavať stabilné teplotné a vlhkostné charakteristiky pri kladnej a zápornej teplote. Do zoznamu týchto charakteristík patrí aj taký ukazovateľ, ako je množstvo tepla, ktoré sa stráca obvodovými konštrukciami stavby v chladnom období.

Nemožno začať projektovanie bez všetkých týchto údajov. Na základe nich sa vyberá hrúbka stien a stropov, postupnosť vrstiev.

Podľa predpisu GOST 30494-96 teplotné hodnoty vnútri miestností. V priemere je rovná 21⁰. Pritom relatívna vlhkosť musí byť v komfortných medziach, a to v priemere 37%. Najväčšia rýchlosť pohybu hmoty vzduchu — 0,15 m/s

Tepelnotechnický výpočet si kladie za ciele určiť:

1. Sú konštrukcie identické s deklarovanými požiadavkami z hľadiska tepelnej ochrany?
2. Do akej miery je zabezpečená komfortná mikroklíma vnútri budovy?
3. Je zabezpečená optimálna tepelná ochrana konštrukcií?

Základným princípom je dodržiavanie rovnováhy rozdielu teplotných ukazovateľov medzi atmosférou vnútorných obvodových konštrukcií a miestností. Ak sa nedodržiava, teplo budú pohlcovať tieto povrchy a vnútri teplota zostane veľmi nízka.

Na vnútornú teplotu by nemali podstatne vplývať zmeny tepelného toku. Túto charakteristiku nazývame tepelnou stálosťou.

Performovanie tepelného výpočtu určuje optimálne limity (minimálnu a maximálnu) hrúbky stien a stropov. To je zárukou prevádzky budovy po dlhú dobu bez extrémneho premŕzania konštrukcií aj prehrievania.

Parametre na vykonanie výpočtov

Na vykonanie tepelného výpočtu sú potrebné vstupné parametre.

Závisia od radu charakteristík:

1. Účelu stavby a jej typu.
2. Orientácie vertikálnych obvodových konštrukcií vzhľadom na svetové strany.
3. Geografických parametrov budúceho domu.
4. Objemu budovy, jej počtu podlaží, plochy.
5. Typov a rozmerových údajov dverových a okenných otvorov.
6. Druhu vykurovania a jeho technických parametrov.
7. Počtu stálych obyvateľov.
8. Materiálu vertikálnych a horizontálnych obvodových konštrukcií.
9. Stropu horného podlažia.
10. Vybavenia teplou vodou.
11. Druhu vetrania.

Pri výpočte sa zohľadňujú aj ďalšie konštrukčné osobitosti stavby. Priepustnosť vzduchu obvodových konštrukcií by nemala prispievať k nadmernému ochladzovaniu vnútra domu a znižovať tepelno-ochranné vlastnosti prvkov.

Tepelné straty spôsobuje aj premokrenie stien, a okrem toho to vedie k vlhkosti, ktorá negatívne ovplyvňuje trvanlivosť budovy.

V procese výpočtu sa predovšetkým určujú tepelnotechnické údaje stavebných materiálov, z ktorých sú vyrobené obvodové prvky stavby. Okrem toho sa určuje redukovaný odpor prestupu tepla a jeho súlad s normatívnou hodnotou.

Vzorce na vykonanie výpočtu

Úniky tepla strácaného domom možno rozdeliť na dve hlavné časti: straty cez obvodové konštrukcie a straty spôsobené fungovaním vetracieho systému. Okrem toho sa teplo stráca pri vypúšťaní teplej vody do kanalizačného systému.

Straty obvodovými konštrukciami

Pre materiály, z ktorých sú vytvorené obvodové konštrukcie, je potrebné nájsť hodnotu súčiniteľa tepelnej vodivosti Kt (W/m x stupeň). Sú v príslušných príručkách.

Teraz, keď poznáme hrúbku vrstiev, vzorcom: R = S/Kt sa vypočíta tepelný odpor každej jednotky. Ak je konštrukcia viacvrstvová, všetky získané hodnoty sa spočítajú.

Veľkosť tepelných strát je najjednoduchšie určiť sčítaním tepelných tokov cez obvodové konštrukcie, ktoré samotné tvoria túto budovu.

Pri takejto metodike sa berie do úvahy, že materiály tvoriace konštrukcie majú rozdielnu štruktúru. Tiež sa zohľadňuje, že tepelný tok prechádzajúci cez ne má rôznu špecifikáciu.

Pre každú jednotlivú konštrukciu sa tepelné straty určujú podľa vzorca:

Q = (A / R) x dT

Tu:

• A – plocha v m².
• R – odpor konštrukcie pri prestupe tepla.
• dT – rozdiel teplôt vonku a vnútri. Treba ho určiť pre najchladnejšie 5-dňové obdobie.

Vykonávaním výpočtu týmto spôsobom možno získať výsledok len pre najchladnejšie päťdňové obdobie. Celkové tepelné straty počas celého chladného obdobia sa určujú zohľadnením parametra dT, pričom sa berie do úvahy nie najnižšia, ale priemerná teplota.

Miera, v akej sa teplo absorbuje a odovzdáva, závisí od vlhkosti klímy v regióne. Preto sa pri výpočtoch používajú mapy vlhkosti.

Ďalej sa vypočíta množstvo energie potrebnej na kompenzáciu strát tepla, ktoré uniklo cez obvodové konštrukcie aj vetranie. Označuje sa symbolom W.

Na to existuje vzorec:

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

V nej N je dĺžka vykurovacieho obdobia v dňoch.

Nedostatky výpočtu podľa plochy

Výpočet založený na plošnom ukazovateli nie je veľmi presný. Nie je tu zohľadnený parameter ako klíma, teplotné ukazovatele minimálne aj maximálne, vlhkosť. Kvôli ignorovaniu mnohých dôležitých bodov má výpočet značné odchýlky.

Často sa ich snažia pokryť, a preto v projekte zabezpečujú «rezervu».

Ak sa predsa len pre výpočet zvolí tento spôsob, je potrebné zohľadniť nasledujúce nuansy:

1. Pri výške zvislých obvodových konštrukcií do troch metrov a pri výskyte najviac dvoch otvorov na jednej ploche, je lepšie výsledok vynásobiť 100 W.
2. Ak je v projekte zahrnutý balkón, dve okná alebo lodžia, násobí sa v priemere 125 W.
3. Keď sú miestnosti priemyselné alebo skladové, používa sa násobiteľ 150 W.
4. V prípade umiestnenia radiátorov v blízkosti okien sa ich projektovaný výkon zvyšuje o 25%.

Vzorec podľa plochy má tvar:

Q = S x 100 (150) W.

Tu Q je komfortná úroveň tepla v budove, S je vykurovaná plocha v m². Čísla 100 alebo 150 sú merná hodnota tepelnej energie spotrebovanej na ohrev 1 m².

Straty vetraním domu

Kľúčovým parametrom je v tomto prípade násobnosť výmeny vzduchu. Za predpokladu, že steny domu sú priepustné pre vodnú paru, táto hodnota sa rovná jednej.

Prenikanie studeného vzduchu do domu sa uskutočňuje prívodným vetraním. Odvodné vetranie podporuje odvod teplého vzduchu. Straty vetraním znižuje rekuperátor-teplovýmenník. Ten neumožňuje únik tepla spolu s odchádzajúcim vzduchom a prichádzajúce prúdy ohrieva.

Predpokladá sa úplná obnova vzduchu v budove za jednu hodinu. Budovy postavené podľa normy DIN majú steny s parozábranou, preto sa tu násobnosť výmeny vzduchu považuje za dva.

Existuje vzorec, podľa ktorého sa určujú tepelné straty vetracím systémom:

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

Tu symboly označujú nasledujúce:

1. Qv — tepelné straty.
2. V — objem miestnosti v m³.
3. P — hustota vzduchu. Jej hodnota sa považuje za 1,2047 kg/m³.
4. Kv — násobnosť výmeny vzduchu.
5. C — merná tepelná kapacita. Rovná sa 1005 J/(kg x °C).

Na základe tohto výpočtu možno určiť výkon tepelného generátora vykurovacieho systému. V prípade príliš vysokej hodnoty výkonu môže byť východiskom zo situácie zariadenie vetrania s rekuperátorom. Pozrime sa na niekoľko príkladov pre domy z rôznych materiálov.

Príklad tepelnotechnického výpočtu č. 1

Vypočítame obytný dom nachádzajúci sa v 1. klimatickom okrsku (Rusko), podokres 1B. Všetky údaje sú prevzaté z tabuľky 1 SNiP 23-01-99. Najchladnejšia teplota pozorovaná počas piatich dní s pravdepodobnosťou 0,92 — tn = -22°C.

V súlade s SNiP vykurovacie obdobie (zop) trvá 148 dní. Priemerná teplota počas vykurovacieho obdobia pri priemerných denných teplotách vzduchu vonku 8° — tot = -2,3°. Teplota vonku počas vykurovacej sezóny — tht = -4,4°.

Tepelné straty domu sú najdôležitejším momentom v etape jeho projektovania. Od výsledkov výpočtu závisí aj výber stavebných materiálov, aj izolácie. Nulové straty neexistujú, ale treba sa usilovať o to, aby boli čo najviac účelné.

Je dohodnutá podmienka, že v miestnostiach domu musí byť zabezpečená teplota 22°. Dom má dve poschodia a steny hrúbky 0,5 m. Jeho výška je 7 m, rozmery v pôdoryse — 10 x 10 m. Materiál zvislých obvodových konštrukcií — teplá keramika. Pre ňu je súčiniteľ tepelnej vodivosti — 0,16 W/m x °C.

Ako vonkajšia izolácia s hrúbkou 5 cm bola použitá minerálna vlna. Hodnota Kt pre ňu — 0,04 W/m x °C. Počet okenných otvorov v dome — 15 ks. po 2,5 m² každé.

Tepelné straty cez steny

V prvom rade je potrebné určiť tepelný odpor keramickej steny aj izolácie. V prvom prípade R1 = 0,5 : 0,16 = 3,125 m² x °C/W. V druhom — R2 = 0,05 : 0,04 = 1,25 m² x °C/W. Celkovo pre zvislú obvodovú konštrukciu: R = R1 + R2 = 3,125 + 1,25 = 4,375 m² x °C/W.

Keďže tepelné straty majú priamo úmerný vzťah s plochou obvodových konštrukcií, vypočítame plochu stien:

A = 10 x 4 x 7 – 15 x 2,5 = 242,5 m²

Teraz možno určiť straty tepla cez steny:

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

Tepelné straty cez horizontálne obvodové konštrukcie sa počítajú analogicky. Nakoniec sa všetky výsledky sčítavajú.

Ak je pivnica, tepelné straty cez základ a podlahu budú menšie, pretože do výpočtu vstupuje teplota pôdy, a nie vonkajšieho vzduchu

Ak je pivnica pod podlahou prvého poschodia vykurovaná, podlahu možno nezatepľovať. Steny pivnice je však lepšie obložiť izoláciou, aby teplo neunikalo do pôdy.

Stanovenie strát vetraním

Pre zjednodušenie výpočtu sa neberie do úvahy hrúbka stien, ale jednoducho sa určí objem vzduchu vnútri:

V = 10 x 10 x 7 = 700 m³

Pri násobnosti výmeny vzduchu Kv = 2, straty tepla budú:

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

Ak Kv = 1:

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

Efektívne vetranie obytných domov zabezpečujú rotačné a doskové rekuperátory. Účinnosť u prvých je vyššia, dosahuje 90%.

Príklad tepelnotechnického výpočtu č. 2

Je potrebné vykonať výpočet strát cez tehlovú stenu s hrúbkou 51 cm. Je zateplená 10-centimetrovou vrstvou minerálnej vlny. Vonku – 18⁰, vnútri – 22⁰. Rozmery steny – 2,7 m na výšku a 4 m na dĺžku. Jediná vonkajšia stena miestnosti je orientovaná na juh, vonkajšie dvere nie sú.

Pre tehlu je koeficient tepelnej vodivosti Kt = 0,58 W/m°C, pre minerálnu vlnu – 0,04 W/m°C. Tepelný odpor:

R1 = 0,51 : 0,58 = 0,879 m² × °C/W. R2 = 0,1 : 0,04 = 2,5 m² × °C/W. Celkovo pre vertikálnu obvodovú konštrukciu: R = R1 + R2 = 0,879 + 2,5 = 3,379 m² × °C/W.

Plocha vonkajšej steny A = 2,7 × 4 = 10,8 m²

Straty tepla cez stenu:

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

Na výpočet strát cez okná sa používa rovnaký vzorec, ale ich tepelný odpor je spravidla uvedený v pase a nie je potrebné ho počítať.

V tepelnej izolácii domu sú okná «slabým článkom». Cez ne uniká pomerne veľká časť tepla. Straty znížia viacvrstvové izolačné sklá, tepelne odrážajúce fólie, dvojité rámy, ale ani to nepomôže vyhnúť sa tepelným stratám úplne.

Ak sú v dome okná s rozmermi 1,5 × 1,5 m², energeticky úsporné, orientované na sever, a tepelný odpor je 0,87 m²°C/W, potom straty budú:

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

Príklad tepelnotechnického výpočtu č. 3

Vykonáme tepelný výpočet drevenej zrubovej budovy s fasádou postavenou z borovicových kmeňov s hrúbkou vrstvy 0,22 m. Koeficient pre tento materiál – K = 0,15. V tejto situácii budú tepelné straty:

R = 0,22 : 0,15 = 1,47 m² × °C/W.

Najnižšia teplota päťdňového obdobia – -18 °C, pre komfort v dome je nastavená teplota 21 °C. Rozdiel bude 39 °C. Ak vychádzame z plochy 120 m², výsledok bude:

Qs = 120 × 39 : 1,47 = 3184 W.

Pre porovnanie určíme straty tehlového domu. Koeficient pre silikátovú tehlu – 0,72.

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

V rovnakých podmienkach je drevený dom ekonomickejší. Silikátová tehla na stavbu stien tu nie je vôbec vhodná.

Drevená stavba má vysokú tepelnú kapacitu. Jej obvodové konštrukcie dlho udržiavajú komfortnú teplotu. Napriek tomu aj zrubový dom treba zatepliť a je lepšie to urobiť zvnútra aj zvonku.

Stavbári a architekti odporúčajú určite vykonať tepelný výpočet pri zariadení vykurovania pre správny výber zariadenia a v štádiu projektovania domu pre výber vhodného systému zateplenia.

Príklad tepelného výpočtu č. 4

Dom bude postavený v Moskovskej oblasti. Pre výpočet je použitá stena vytvorená z penobetónu. Ako izolácia je použitý extrudovaný polystyrén. Povrchová úprava konštrukcie je omietka z oboch strán. Jej štruktúra je vápenno-piesková.

Polystyrén má hustotu 24 kg/m³.

Relatívne ukazovatele vlhkosti vzduchu v miestnosti — 55% pri priemernej teplote 20⁰. Hrúbka vrstiev:

• omietka — 0,01 m;
• penobetón — 0,2 m;
• polystyrén — 0,065 m.

Úlohou je nájsť požadovaný odpor prestupu tepla a skutočný. Potrebný Rtr sa určí dosadením hodnôt do výrazu:

Rtr = a × GSOP + b

kde GSOP je dennostupeň vykurovacieho obdobia, a a b sú koeficienty prevzaté z tabuľky č. 3 Súboru pravidiel 50.13330.2012. Keďže budova je obytná, a sa rovná 0,00035, b = 1,4.

GSOP sa vypočíta podľa vzorca z rovnakého SP:

GSOP = (tv – tot) × zot.

V tomto vzorci tv = 20⁰, tot = -2,2⁰, zot = 205 — vykurovacie obdobie v dňoch. Preto:

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

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

Pomocou tabuľky č. 2 SP 50.13330.2012 sa určia súčinitele tepelnej vodivosti pre každú vrstvu steny:

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

Celkový podmienený odpor prestupu tepla Ro sa rovná súčtu odporov všetkých vrstiev. Vypočíta sa podľa vzorca:

Tento vzorec je prevzatý z SP 50.13330.2012. Tu 1/αv je odpor proti prevzatiu tepla vnútorných povrchov. 1/αn je rovnaký pre vonkajšie, δ / λ je tepelný odpor vrstvy.

Po dosadení hodnôt dostaneme: Ro podm. = 2,54 m²°C/W. Rf sa určí vynásobením Ro koeficientom r, ktorý sa rovná 0,9:

Rf = 2,54 × 0,9 = 2,3 m² × °C/W.

Výsledok zaväzuje k zmene konštrukcie obvodového prvku, pretože skutočný tepelný odpor je menší ako vypočítaný.

Existuje mnoho počítačových služieb, ktoré urýchľujú a zjednodušujú výpočty.

Tepelnotechnické výpočty priamo súvisia s určením rosného bodu. Čo to je a ako nájsť jeho hodnotu sa dozviete z nami odporúčaného článku.

Závery a užitočné video k téme

Vykonanie tepelnotechnického výpočtu pomocou online kalkulačky:

Správny tepelnotechnický výpočet:

Kvalitný tepelnotechnický výpočet umožní posúdiť účinnosť zateplenia vonkajších prvkov domu, určiť výkon potrebného vykurovacieho zariadenia.

V dôsledku toho možno ušetriť pri nákupe materiálov a vykurovacích zariadení. Je lepšie vopred vedieť, či si technika poradí s vykurovaním a klimatizáciou stavby, ako kupovať všetko náhodne.

Prosím, zanechajte komentáre, kladte otázky, umiestnite fotografie k téme článku do nižšie uvedeného bloku. Povedzte, ako vám tepelnotechnický výpočet pomohol vybrať vykurovacie zariadenie potrebného výkonu alebo systém zateplenia. Nie je vylúčené, že vaše informácie budú užitočné pre návštevníkov stránky.