חישוב הנדסי תרמי של בניין: פרטים ונוסחאות לביצוע חישובים + דוגמאות מעשיות

במהלך פעולת הבניין, הן התחממות יתר והן הקפאה אינם רצויים.חישובי הנדסה תרמית, שהם לא פחות חשובים מחישוב יעילות, חוזק, עמידות באש ועמידות, יאפשרו לכם לקבוע את האמצעי הזהוב.

בהתבסס על תקני הנדסה תרמית, מאפיינים אקלימיים, חדירות קיטור ולחות, נבחרים חומרים לבניית מבנים סגורים. נבחן כיצד לבצע חישוב זה במאמר.

מטרת חישוב הנדסה תרמית

הרבה תלוי במאפיינים הטכניים התרמיים של המתחמים הקבועים של הבניין. זה כולל את הלחות של אלמנטים מבניים ומחווני טמפרטורה, המשפיעים על נוכחות או היעדר עיבוי על מחיצות ותקרות פנימיות.

החישוב יראה האם מאפייני טמפרטורה ולחות יציבים יישמרו בטמפרטורות פלוס ומינוס. רשימת המאפיינים הללו כוללת גם אינדיקטור כמו כמות החום שאבדה מעטפת הבניין במהלך התקופה הקרה.

אתה לא יכול להתחיל לעצב בלי שיש לך את כל הנתונים האלה. על פיהן נבחר עובי הקירות והתקרות ורצף השכבות.

על פי תקנות GOST 30494-96, ערכי טמפרטורה בתוך הבית. בממוצע זה 21⁰. יחד עם זאת, הלחות היחסית חייבת להישאר בטווח נוח, שהוא בממוצע 37%. המהירות הגבוהה ביותר של תנועת מסת האוויר היא 0.15 מטר לשנייה

חישוב הנדסה תרמית נועד לקבוע:

1. האם העיצובים זהים לדרישות המוצהרות מבחינת הגנה תרמית?
2. עד כמה מובטח מיקרו אקלים נוח בתוך הבניין?
3. האם ניתנת הגנה תרמית מיטבית של מבנים?

העיקרון העיקרי הוא שמירה על איזון של ההבדל באינדיקטורים של הטמפרטורה של האווירה של מבנים פנימיים של גדרות וחצרים. אם זה לא יעקוב, חום ייספוג על ידי משטחים אלה והטמפרטורה בפנים תישאר נמוכה מאוד.

הטמפרטורה הפנימית לא אמורה להיות מושפעת באופן משמעותי משינויים בזרימת החום. מאפיין זה נקרא עמידות בחום.

על ידי ביצוע חישוב תרמי, נקבעות הגבולות האופטימליים (מינימום ומקסימום) של ממדי הקירות ועובי התקרה. זה מבטיח את פעולת המבנה לאורך תקופה ארוכה, הן ללא הקפאה קיצונית של מבנים או התחממות יתר.

אפשרויות לביצוע חישובים

כדי לבצע חישובי חום, אתה צריך פרמטרים ראשוניים.

הם תלויים במספר מאפיינים:

1. ייעוד המבנה וסוגו.
2. כיוונים של מבנים סוגרים אנכיים ביחס לכיוונים הקרדינליים.
3. פרמטרים גיאוגרפיים של הבית העתידי.
4. נפח המבנה, מספר קומותיו, שטח.
5. סוגי ומידות פתחי דלת וחלונות.
6. סוג החימום והפרמטרים הטכניים שלו.
7. מספר תושבי קבע.
8. חומרים למבני גידור אנכיים ואופקיים.
9. תקרות רצפה עליונה.
10. ציוד אספקת מים חמים.
11. סוג אוורור.

תכונות עיצוב אחרות של המבנה נלקחות בחשבון גם בעת החישוב. חדירות האוויר של מבנים סגורים לא צריכה לתרום לקירור מוגזם בתוך הבית ולהפחית את מאפייני ההגנה התרמית של האלמנטים.

אובדן חום נגרם גם עקב ספיגת מים בקירות, ובנוסף הדבר גורר רטיבות המשפיעה לרעה על עמידות המבנה.

בתהליך החישוב, קודם כל, נקבעים הנתונים הטכניים התרמיים של חומרי הבניין מהם עשויים האלמנטים התוחמים של הבניין. בנוסף, ההתנגדות המופחתת להעברת החום והעמידה בערך הסטנדרטי שלה כפופים לקביעה.

נוסחאות לביצוע חישובים

איבוד חום מבית ניתן לחלק לשני חלקים עיקריים: הפסדים דרך מעטפת הבניין והפסדים הנגרמים מהפעלת המבנה. מערכת אוורור. בנוסף, חום אובד כאשר מים חמים מוזרמים למערכת הביוב.

הפסדים דרך מעטפות בניין

עבור החומרים מהם בנויים המבנים התוחמים, יש צורך למצוא את הערך של מדד המוליכות התרמית Kt (W/m x מעלות). הם נמצאים בספרי העיון הרלוונטיים.

כעת, לדעת את עובי השכבות, לפי הנוסחה: R = S/Kt, חשב את ההתנגדות התרמית של כל יחידה. אם המבנה הוא רב שכבתי, כל הערכים שהתקבלו מתווספים יחד.

הדרך הקלה ביותר לקבוע את גודל הפסדי החום היא על ידי חיבור הזרימות התרמיות דרך המבנים התוחמים שיוצרים למעשה את הבניין הזה

בהנחיית מתודולוגיה זו, הם לוקחים בחשבון את העובדה שלחומרים המרכיבים את המבנה יש מבנה שונה. זה נלקח גם בחשבון שלזרימת החום העוברת דרכם יש פרטים שונים.

עבור כל מבנה בודד, אובדן חום נקבע על ידי הנוסחה:

Q = (A / R) x dT

כאן:

• A הוא השטח במ"ר.
• R היא ההתנגדות של המבנה להעברת חום.
• dT הוא הפרש הטמפרטורה בין החוץ לפנים.זה צריך להיקבע לתקופה הקרה ביותר של 5 ימים.

ביצוע החישוב בדרך זו, אתה יכול לקבל את התוצאה רק לתקופה הקרה ביותר של חמשת הימים. אובדן החום הכולל לכל העונה הקרה נקבע על ידי התחשבות בפרמטר dT, תוך התחשבות לא בטמפרטורה הנמוכה ביותר, אלא בממוצע.

מידת ספיגת החום, כמו גם העברת החום, תלויה בלחות האקלים באזור. מסיבה זו, מפות לחות משמשות בחישובים.

לאחר מכן, מחושבת כמות האנרגיה הנדרשת כדי לפצות על אובדן חום שאבד הן דרך מעטפת הבניין והן באמצעות אוורור. זה מסומן בסמל W.

יש נוסחה לזה:

W = ((Q + Qв) x 24 x N)/1000

בו, N הוא משך תקופת החימום בימים.

חסרונות של חישוב שטח

חישוב המבוסס על מחוון השטח אינו מדויק במיוחד. כאן, פרמטרים כגון אקלים, מחווני טמפרטורה, מינימום ומקסימום, ולחות אינם נלקחים בחשבון. עקב התעלמות מנקודות חשובות רבות, יש בחישוב שגיאות משמעותיות.

לעתים קרובות מנסים לכסות אותם, הפרויקט כולל "עתודה".

אם, בכל זאת, שיטה זו נבחרת לחישוב, יש לקחת בחשבון את הניואנסים הבאים:

1. אם גובהן של גדרות אנכיות הוא עד שלושה מטרים ואין יותר משני פתחים על משטח אחד, עדיף להכפיל את התוצאה ב-100 W.
2. אם הפרויקט כולל מרפסת, שני חלונות או אכסדרה, הכפל בממוצע של 125 W.
3. כאשר המקום הוא תעשייתי או מחסן, נעשה שימוש במכפיל של 150 W.
4. אם רדיאטורים ממוקמים ליד חלונות, יכולת העיצוב שלהם גדלה ב-25%.

הנוסחה לשטח היא:

Q=S x 100 (150) W.

כאן Q היא רמת החום הנוחה בבניין, S היא השטח המחומם במ"ר. המספרים 100 או 150 הם הכמות הספציפית של אנרגיה תרמית הנצרכת לחימום 1 מ"ר.

הפסדי אוורור של הבית

הפרמטר המרכזי במקרה זה הוא שער חילופי האוויר. בתנאי שקירות הבית חדירים לאדים, ערך זה שווה לאחד.

חדירת האוויר הקר לבית מתבצעת באמצעות אוורור אספקה. אוורור פליטה עוזר לאוויר חם לברוח. מחליף החום המחזיר מפחית הפסדים באמצעות אוורור. הוא אינו מאפשר לחום לברוח יחד עם האוויר היוצא, והוא מחמם את זרימות האוויר הנכנסות

צפוי שהאוויר בתוך הבניין יתחדש לחלוטין תוך שעה אחת. לבניינים שנבנו על פי תקן DIN יש קירות עם מחסומי אדים, כך שכאן מתייחסים לשער חילופי האוויר לשניים.

יש נוסחה הקובעת אובדן חום דרך מערכת האוורור:

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

כאן המשמעות של הסמלים היא הדבר הבא:

1. Qв - איבוד חום.
2. V הוא נפח החדר ב-mᶾ.
3. P היא צפיפות האוויר. ערכו נלקח שווה ל-1.2047 ק"ג/מ"ר.
4. Kv - שער חליפין אוויר.
5. C הוא קיבולת החום הספציפית. זה שווה ל-1005 J/kg x C.

בהתבסס על תוצאות חישוב זה, ניתן לקבוע את כוחו של מחולל החום של מערכת החימום. אם ערך ההספק גבוה מדי, הפתרון למצב עשוי להיות מכשיר אוורור עם מתקן. בואו נסתכל על כמה דוגמאות לבתים העשויים מחומרים שונים.

דוגמה לחישוב הנדסי תרמית מס' 1

בואו לחשב בניין מגורים הממוקם באזור אקלימי 1 (רוסיה), נפה 1B. כל הנתונים לקוחים מטבלה 1 של SNiP 23-01-99. הטמפרטורה הקרה ביותר שנצפתה במשך חמישה ימים עם הסתברות של 0.92 היא tн = -22⁰С.

בהתאם ל-SNiP, תקופת החימום (זופ) נמשכת 148 ימים. הטמפרטורה הממוצעת בתקופת החימום עם טמפרטורת האוויר היומית הממוצעת בחוץ היא 8⁰ - טוט = -2.3⁰. הטמפרטורה החיצונית בעונת החימום היא tht = -4.4⁰.

איבוד חום של בית הוא הנקודה החשובה ביותר בשלב התכנון. בחירת חומרי הבניין והבידוד תלויה בתוצאות החישוב. אין אפס הפסדים, אבל אתה צריך לשאוף להבטיח שהם יהיו נוחים ככל האפשר

נקבע התנאי שהטמפרטורה בחדרי הבית צריכה להיות 22⁰. לבית שתי קומות וקירות בעובי 0.5 מ'. גובהו 7 מ', מידות התכנית שלו 10X10 מ'. החומר של המבנים התוחמים האנכיים הוא קרמיקה חמה. עבורו, מקדם המוליכות התרמית הוא 0.16 W/m x C.

צמר מינרלי שימש כבידוד חיצוני בעובי 5 ס"מ. ערך Kt עבורו הוא 0.04 W/m x C. מספר פתחי החלונות בבית הוא 15 יח'. 2.5 מ"ר כל אחד.

איבוד חום דרך קירות

קודם כל, אתה צריך לקבוע את ההתנגדות התרמית של הקיר הקרמי וגם של הבידוד. במקרה הראשון, R1 = 0.5: 0.16 = 3.125 מ"ר. m x C/W. בשני - R2 = 0.05: 0.04 = 1.25 מ"ר. m x C/W. באופן כללי, עבור מעטפת בניין אנכית: R = R1 + R2 = 3.125 + 1.25 = 4.375 מ"ר. m x C/W.

מכיוון שאיבוד החום עומד ביחס ישר לשטח המבנים התוחמים, אנו מחשבים את שטח הקירות:

A = 10 x 4 x 7 - 15 x 2.5 = 242.5 מ"ר

עכשיו אתה יכול לקבוע איבוד חום דרך הקירות:

Qс = (242.5: 4.375) x (22 – (-22)) = 2438.9 W.

אובדן חום דרך מבנים סגורים אופקיים מחושב בצורה דומה. בסופו של דבר, כל התוצאות מסוכמות.

אם יש מרתף, אז איבוד החום דרך הקרן והרצפה יהיה פחות, מכיוון שהחישוב כולל את הטמפרטורה של האדמה, לא את האוויר החיצוני

אם המרתף מתחת לרצפה של הקומה הראשונה מחומם, אין צורך לבודד את הרצפה. עדיין עדיף לרפד את קירות המרתף בבידוד כדי שהחום לא יברח לאדמה.

קביעת הפסדים באמצעות אוורור

כדי לפשט את החישוב, הם לא לוקחים בחשבון את עובי הקירות, אלא פשוט קובעים את נפח האוויר בפנים:

V = 10x10x7 = 700 מ'.

עם קצב חילופי אוויר של Kv = 2, איבוד החום יהיה:

Qв = (700 x 2) : 3600) x 1.2047 x 1005 x (22 – (-22)) = 20,776 W.

אם Kv = 1:

Qв = (700 x 1): 3600) x 1.2047 x 1005 x (22 – (-22)) = 10,358 W.

מחליפי חום סיבוביים וצלחות מספקים אוורור יעיל של בנייני מגורים. היעילות של הראשון גבוהה יותר, היא מגיעה ל-90%.

דוגמה לחישוב הנדסי תרמית מס' 2

נדרש לחשב הפסדים דרך קיר לבנים בעובי 51 ס"מ. הוא מבודד בשכבת 10 ס"מ של צמר מינרלי. בחוץ - 18⁰, בפנים - 22⁰. מידות הקיר הן 2.7 מ' גובה ו-4 מ' אורך. הקיר החיצוני היחיד של החדר מכוון לדרום, אין דלתות חיצוניות.

עבור לבנים, מקדם המוליכות התרמית Kt = 0.58 W/mºC, עבור צמר מינרלי - 0.04 W/mºC. התנגדות תרמית:

R1 = 0.51: 0.58 = 0.879 מ"ר m x C/W. R2 = 0.1: 0.04 = 2.5 מ"ר m x C/W. באופן כללי, עבור מעטפת בניין אנכית: R = R1 + R2 = 0.879 + 2.5 = 3.379 מ"ר. m x C/W.

שטח קיר חיצוני A = 2.7 x 4 = 10.8 מ"ר

איבוד חום דרך הקיר:

Qс = (10.8: 3.379) x (22 – (-18)) = 127.9 W.

כדי לחשב הפסדים דרך חלונות, משתמשים באותה נוסחה, אך ההתנגדות התרמית שלהם, ככלל, מצוינת בדרכון ואין צורך לחשב אותה.

בבידוד תרמי של בית, חלונות הם "החוליה החלשה". חלק גדול למדי מהחום הולך לאיבוד דרכם. חלונות בעלי זיגוג כפול רב-שכבתי, סרטים מחזירי חום, מסגרות כפולות יקטין את ההפסדים, אך גם זה לא יעזור למנוע לחלוטין אובדן חום

אם לבית יש חלונות חסכוניים באנרגיה בגודל 1.5 על 1.5 מ"ר, מכוונים לצפון, וההתנגדות התרמית היא 0.87 מ"ר מעלות צלזיוס/W, אז ההפסדים יהיו:

Qо = (2.25: 0.87) x (22 – (-18)) = 103.4 ט.

דוגמה לחישוב הנדסי תרמית מס' 3

נבצע חישוב תרמי של בניין עץ עץ עם חזית הבנויה מבולי אורן עם שכבה בעובי 0.22 מ' המקדם לחומר זה הוא K = 0.15. במצב זה, איבוד החום יהיה:

R = 0.22: 0.15 = 1.47 מ"ר x ⁰С/W.

הטמפרטורה הנמוכה ביותר בתקופת חמשת הימים היא -18⁰, לנוחות בבית הטמפרטורה מוגדרת ל-21⁰. ההפרש יהיה 39⁰. בהתבסס על שטח של 120 מ"ר, התוצאה תהיה:

Qс = 120 x 39: 1.47 = 3184 W.

לשם השוואה, בואו נקבע את ההפסדים של בית לבנים. המקדם ללבני חול-גיר הוא 0.72.

R = 0.22: 0.72 = 0.306 מ"ר x ⁰С/W.
Qс = 120 x 39: 0.306 = 15,294 W.

באותם תנאים, בית עץ חסכוני יותר. לבני סיד חול לא מתאימים לבניית קירות כאן בכלל.

למבנה העץ יכולת חום גבוהה. המבנים התוחמים שלו שומרים על טמפרטורה נוחה לאורך זמן. ובכל זאת, גם בית עץ צריך להיות מבודד ועדיף לעשות זאת גם מבפנים וגם מבחוץ

בונים ואדריכלים ממליצים בהחלט לעשות זאת חישוב חום להתקנת חימום לבחירה נכונה של ציוד ובשלב תכנון הבית לבחירת מערכת בידוד מתאימה.

דוגמה לחישוב חום מס' 4

הבית ייבנה באזור מוסקבה. לצורך החישוב נלקח קיר עשוי מקוביות קצף. כיצד מיישמים את הבידוד קצף פוליסטירן שחול. גימור המבנה הוא טיח משני הצדדים. המבנה שלו הוא אבן גיר-חול.

לפוליסטירן מורחב צפיפות של 24 ק"ג/מ"ר.

לחות האוויר היחסית בחדר היא 55% בטמפרטורה ממוצעת של 20⁰. עובי שכבה:

• טיח - 0.01 מ';
• בטון קצף - 0.2 מ';
• פוליסטירן מורחב - 0.065 מ'.

המשימה היא למצוא את ההתנגדות הנדרשת והממשית להעברת החום. ה-Rtr הנדרש נקבע על ידי החלפת הערכים בביטוי:

Rtr=a x GSOP+b

כאשר GOSP הוא יום המעלות של עונת החימום, a ו-b הם מקדמים שנלקחו מטבלה מס' 3 של קוד הכללים 50.13330.2012. מכיוון שהבניין הוא למגורים, a הוא 0.00035, b = 1.4.

GSOP מחושב באמצעות נוסחה שנלקחה מאותו SP:

GOSP = (טלוויזיה – טוט) x זוט.

בנוסחה זו, tв = 20⁰, tоt = -2.2⁰, zоt - 205 היא תקופת החימום בימים. לָכֵן:

GSOP = (20 - (-2.2)) x 205 = 4551⁰ C x יום;

Rtr = 0.00035 x 4551 + 1.4 = 2.99 m2 x C/W.

באמצעות טבלה מס' 2 SP50.13330.2012, קבע את מקדמי המוליכות התרמית עבור כל שכבה של הקיר:

• λb1 = 0.81 W/m ⁰С;
• λb2 = 0.26 W/m ⁰С;
• λb3 = 0.041 W/m ⁰С;
• λb4 = 0.81 W/m ⁰С.

סך ההתנגדות המותנית להעברת חום Ro שווה לסכום ההתנגדויות של כל השכבות. זה מחושב באמצעות הנוסחה:

נוסחה זו נלקחה מ-SP 50.13330.2012. כאן 1/av הוא ההתנגדות לתפיסת חום של משטחים פנימיים. 1/an - זהה לחיצוני, δ / λ - התנגדות תרמית של השכבה

החלפת הערכים שאנו מקבלים: Rо arb. = 2.54 m2°C/W. Rф נקבע על ידי הכפלת Ro במקדם r השווה ל-0.9:

Rf = 2.54 x 0.9 = 2.3 m2 x °C/W.

התוצאה מחייבת שינוי עיצוב האלמנט התוחם, שכן ההתנגדות התרמית בפועל קטנה מזו המחושבת.

ישנם שירותי מחשב רבים המזרזים ומפשטים חישובים.

חישובים תרמיים קשורים ישירות לקביעה נקודת טל. אתה תלמד מה זה וכיצד למצוא את המשמעות שלו מהמאמר שאנו ממליצים עליו.

מסקנות וסרטון שימושי בנושא

ביצוע חישובי הנדסה תרמית באמצעות מחשבון מקוון:

חישוב הנדסי תרמית נכון:

חישוב תרמוטכני מוכשר יאפשר לך להעריך את האפקטיביות של בידוד האלמנטים החיצוניים של הבית ולקבוע את כוחו של ציוד החימום הדרוש.

כתוצאה מכך, אתה יכול לחסוך כסף ברכישת חומרים ומכשירי חימום. עדיף לדעת מראש האם הציוד יכול להתמודד עם החימום והמיזוג של הבניין מאשר לקנות הכל באקראי.

אנא השאר הערות, שאל שאלות ופרסם תמונות הקשורות לנושא המאמר בבלוק למטה. ספר לנו כיצד חישובי הנדסה תרמית עזרו לך לבחור ציוד חימום של מערכת הכוח או הבידוד הנדרשת. ייתכן שהמידע שלך יהיה שימושי למבקרים באתר.