Tính toán kỹ thuật nhiệt của tòa nhà: chi tiết cụ thể và công thức thực hiện tính toán + ví dụ thực tế

Trong quá trình vận hành tòa nhà, cả quá nhiệt và đóng băng đều là điều không mong muốn.Các tính toán kỹ thuật nhiệt, không kém phần quan trọng so với việc tính toán hiệu suất, cường độ, khả năng chống cháy và độ bền, sẽ cho phép bạn xác định giá trị trung bình vàng.

Dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật nhiệt, đặc điểm khí hậu, khả năng thấm hơi nước và độ ẩm, vật liệu xây dựng các kết cấu bao quanh được lựa chọn. Chúng ta sẽ xem xét cách thực hiện phép tính này trong bài viết.

Mục đích tính toán kỹ thuật nhiệt

Phần lớn phụ thuộc vào đặc tính kỹ thuật nhiệt của lớp vỏ cố định của tòa nhà. Điều này bao gồm độ ẩm của các bộ phận kết cấu và chỉ số nhiệt độ, ảnh hưởng đến sự hiện diện hay vắng mặt của sự ngưng tụ trên các vách ngăn và trần nhà bên trong.

Việc tính toán sẽ cho thấy liệu các đặc tính nhiệt độ và độ ẩm ổn định có được duy trì ở nhiệt độ cộng và âm hay không. Danh sách các đặc điểm này cũng bao gồm một chỉ số như lượng nhiệt bị mất đi bởi lớp vỏ của tòa nhà trong thời kỳ lạnh giá.

Bạn không thể bắt đầu thiết kế mà không có tất cả dữ liệu này. Dựa trên chúng, độ dày của tường và trần nhà cũng như trình tự các lớp được chọn.

Theo quy định GOST 30494-96, giá trị nhiệt độ trong nhà. Trung bình là 21⁰. Đồng thời, độ ẩm tương đối phải duy trì trong phạm vi thoải mái, trung bình là 37%. Tốc độ di chuyển lớn nhất của khối không khí là 0,15 m/s

Tính toán kỹ thuật nhiệt nhằm xác định:

1. Các thiết kế có giống với các yêu cầu đã nêu về bảo vệ nhiệt không?
2. Vi khí hậu thoải mái bên trong tòa nhà được đảm bảo đầy đủ đến mức nào?
3. Khả năng bảo vệ nhiệt tối ưu của các công trình có được cung cấp không?

Nguyên tắc chính là duy trì sự cân bằng về chênh lệch nhiệt độ của bầu không khí trong các cấu trúc bên trong của hàng rào và mặt bằng. Nếu không tuân thủ điều này, nhiệt sẽ được hấp thụ bởi các bề mặt này và nhiệt độ bên trong sẽ vẫn rất thấp.

Nhiệt độ bên trong không bị ảnh hưởng đáng kể bởi những thay đổi trong dòng nhiệt. Đặc tính này được gọi là khả năng chịu nhiệt.

Bằng cách thực hiện tính toán nhiệt, các giới hạn tối ưu (tối thiểu và tối đa) về kích thước của tường và độ dày trần được xác định. Điều này đảm bảo hoạt động của tòa nhà trong một thời gian dài mà không làm các công trình bị đóng băng quá mức hoặc quá nóng.

Các tùy chọn để thực hiện tính toán

Để thực hiện tính toán nhiệt, bạn cần có các thông số ban đầu.

Chúng phụ thuộc vào một số đặc điểm:

1. Mục đích của tòa nhà và loại của nó.
2. Định hướng của các kết cấu bao quanh theo chiều dọc so với các hướng chính.
3. Các thông số địa lý của ngôi nhà tương lai.
4. Khối lượng của tòa nhà, số tầng, diện tích.
5. Các loại và kích thước của cửa đi và cửa sổ.
6. Loại sưởi ấm và các thông số kỹ thuật của nó.
7. Số lượng thường trú nhân.
8. Vật liệu cho kết cấu hàng rào dọc và ngang.
9. Trần tầng trên.
10. Thiết bị cung cấp nước nóng.
11. Loại thông gió.

Các đặc điểm thiết kế khác của kết cấu cũng được tính đến khi tính toán. Độ thoáng khí của các kết cấu bao quanh không được góp phần làm mát quá mức bên trong ngôi nhà và làm giảm đặc tính bảo vệ nhiệt của các bộ phận.

Sự mất nhiệt còn do tường bị úng, hơn nữa còn dẫn đến ẩm ướt, ảnh hưởng tiêu cực đến độ bền của công trình.

Trong quá trình tính toán, trước hết, các thông số kỹ thuật nhiệt của vật liệu xây dựng làm nên các phần tử bao quanh của tòa nhà được xác định. Ngoài ra, khả năng chống truyền nhiệt giảm và sự phù hợp với giá trị tiêu chuẩn của nó phải được xác định.

Các công thức thực hiện phép tính

Tổn thất nhiệt từ một ngôi nhà có thể được chia thành hai phần chính: tổn thất qua lớp vỏ của tòa nhà và tổn thất do hoạt động của tòa nhà. Hệ thống thông gió. Ngoài ra, nhiệt còn bị mất đi khi nước ấm thải vào hệ thống thoát nước.

Tổn thất qua vỏ bọc công trình

Đối với vật liệu làm kết cấu bao quanh, cần tìm giá trị chỉ số dẫn nhiệt Kt (W/m x độ). Chúng có trong các sách tham khảo có liên quan.

Bây giờ, biết độ dày của các lớp, theo công thức: R = S/Kt, tính nhiệt trở của từng khối. Nếu cấu trúc là nhiều lớp, tất cả các giá trị thu được sẽ được cộng lại với nhau.

Cách dễ nhất để xác định mức độ tổn thất nhiệt là cộng các dòng nhiệt qua các cấu trúc bao quanh thực sự hình thành nên tòa nhà này.

Được hướng dẫn bởi phương pháp này, họ tính đến thực tế là các vật liệu tạo nên cấu trúc có cấu trúc khác nhau. Người ta cũng tính đến việc dòng nhiệt truyền qua chúng có những đặc điểm khác nhau.

Đối với từng công trình riêng lẻ, tổn thất nhiệt được xác định theo công thức:

Q = (A/R) x dT

Đây:

• A là diện tích tính bằng m2.
• R là khả năng chống truyền nhiệt của kết cấu.
• dT là chênh lệch nhiệt độ giữa bên ngoài và bên trong.Nó cần được xác định trong khoảng thời gian 5 ngày lạnh nhất.

Thực hiện phép tính theo cách này, bạn chỉ có thể nhận được kết quả trong khoảng thời gian năm ngày lạnh nhất. Tổng tổn thất nhiệt trong cả mùa lạnh được xác định bằng cách tính đến thông số dT, không tính đến nhiệt độ thấp nhất mà tính đến nhiệt độ trung bình.

Mức độ hấp thụ nhiệt cũng như truyền nhiệt phụ thuộc vào độ ẩm của khí hậu trong khu vực. Vì lý do này, bản đồ độ ẩm được sử dụng trong tính toán.

Tiếp theo, lượng năng lượng cần thiết để bù đắp lượng nhiệt thất thoát qua lớp vỏ tòa nhà và qua hệ thống thông gió được tính toán. Nó được ký hiệu là ký hiệu W.

Có một công thức cho việc này:

W = ((Q + Qв) x 24 x N)/1000

Trong đó N là khoảng thời gian gia nhiệt tính bằng ngày.

Nhược điểm của việc tính diện tích

Tính toán dựa trên chỉ số diện tích không chính xác lắm. Ở đây, các thông số như khí hậu, chỉ số nhiệt độ, cả tối thiểu và tối đa và độ ẩm không được tính đến. Do bỏ qua nhiều điểm quan trọng nên việc tính toán có sai số đáng kể.

Thường cố gắng trang trải chúng, dự án bao gồm một khoản “dự trữ”.

Tuy nhiên, nếu phương pháp này được chọn để tính toán thì phải tính đến các sắc thái sau:

1. Nếu chiều cao của hàng rào thẳng đứng lên tới ba mét và không có nhiều hơn hai lỗ trên một bề mặt, tốt hơn là nhân kết quả với 100 W.
2. Nếu dự án bao gồm một ban công, hai cửa sổ hoặc hành lang ngoài, hãy nhân với mức trung bình là 125 W.
3. Khi cơ sở là khu công nghiệp hoặc nhà kho, hệ số nhân 150 W được sử dụng.
4. Nếu bộ tản nhiệt được đặt gần cửa sổ, công suất thiết kế của chúng sẽ tăng thêm 25%.

Công thức tính diện tích là:

Q=S x 100 (150) W.

Ở đây Q là mức nhiệt dễ chịu trong tòa nhà, S là khu vực được sưởi ấm tính bằng mét vuông. Các con số 100 hoặc 150 là lượng nhiệt năng riêng tiêu thụ để sưởi ấm 1 mét vuông.

Tổn thất thông gió trong nhà

Thông số chính trong trường hợp này là tỷ giá hối đoái không khí. Với điều kiện các bức tường của ngôi nhà có khả năng thấm hơi, giá trị này bằng một.

Sự xâm nhập của không khí lạnh vào nhà được thực hiện thông qua hệ thống thông gió cung cấp. Thông gió xả giúp không khí ấm thoát ra ngoài. Bộ trao đổi nhiệt-thu hồi nhiệt giảm tổn thất thông qua thông gió. Nó không cho phép nhiệt thoát ra cùng với không khí đi ra ngoài và làm nóng luồng không khí đi vào

Người ta dự tính rằng không khí bên trong tòa nhà sẽ được thay mới hoàn toàn sau một giờ. Các tòa nhà được xây dựng theo tiêu chuẩn DIN có tường ngăn hơi nên ở đây tỷ giá trao đổi không khí được lấy bằng hai.

Có công thức xác định tổn thất nhiệt qua hệ thống thông gió:

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

Ở đây các ký hiệu có ý nghĩa như sau:

1. Qв - mất nhiệt.
2. V là thể tích của căn phòng tính bằng mᶾ.
3. P là mật độ không khí. giá trị của nó được lấy bằng 1,2047 kg/mᶾ.
4. Kv - tỷ giá hối đoái không khí.
5. C là nhiệt dung riêng. Nó bằng 1005 J/kg x C.

Dựa trên kết quả tính toán này, có thể xác định được công suất của bộ tạo nhiệt của hệ thống sưởi. Nếu giá trị công suất quá cao, giải pháp cho tình huống này có thể là thiết bị thông gió với bộ thu hồi nhiệt. Chúng ta hãy xem xét một vài ví dụ về những ngôi nhà được làm bằng các vật liệu khác nhau.

Ví dụ tính toán kỹ thuật nhiệt số 1

Hãy tính toán một tòa nhà dân cư nằm ở vùng khí hậu 1 (Nga), tiểu khu 1B. Tất cả dữ liệu được lấy từ bảng 1 của SNiP 23-01-99. Nhiệt độ lạnh nhất quan sát được trong 5 ngày với xác suất 0,92 là tн = -22⁰С.

Theo SNiP, thời gian gia nhiệt (zop) kéo dài 148 ngày. Nhiệt độ trung bình trong thời gian sưởi ấm với nhiệt độ không khí trung bình ngày bên ngoài là 8⁰ - tot = -2,3⁰. Nhiệt độ bên ngoài trong mùa nóng là tht = -4,4⁰.

Sự mất nhiệt của ngôi nhà là điểm quan trọng nhất ở giai đoạn thiết kế. Việc lựa chọn vật liệu xây dựng và cách nhiệt phụ thuộc vào kết quả tính toán. Không có tổn thất nào bằng 0, nhưng bạn cần cố gắng đảm bảo rằng chúng hợp lý nhất có thể

Điều kiện được quy định là nhiệt độ trong các phòng trong nhà phải là 22⁰. Ngôi nhà có hai tầng và tường dày 0,5 m, cao 7 m, kích thước mặt bằng 10 x 10 m, vật liệu của các cấu trúc bao quanh thẳng đứng là gốm sứ ấm áp. Đối với nó, hệ số dẫn nhiệt là 0,16 W/m x C.

Len khoáng sản được sử dụng làm lớp cách nhiệt bên ngoài, dày 5 cm. Giá trị Kt của nó là 0,04 W/m x C. Số lượng cửa sổ mở trong nhà là 15 chiếc. Mỗi căn 2,5m2.

Tổn thất nhiệt qua tường

Trước hết, bạn cần xác định khả năng chịu nhiệt của cả tường gốm và lớp cách nhiệt. Trong trường hợp đầu tiên, R1 = 0,5: 0,16 = 3,125 mét vuông. mxC/W. Trong giây - R2 = 0,05: 0,04 = 1,25 sq. mxC/W. Nói chung, đối với đường bao tòa nhà thẳng đứng: R = R1 + R2 = 3,125 + 1,25 = 4,375 m2. mxC/W.

Vì sự mất nhiệt tỷ lệ thuận với diện tích của các kết cấu bao quanh nên chúng tôi tính diện tích của các bức tường:

A = 10 x 4 x 7 – 15 x 2,5 = 242,5 m2

Bây giờ bạn có thể xác định sự mất nhiệt qua các bức tường:

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

Tổn thất nhiệt qua các kết cấu bao quanh nằm ngang được tính theo cách tương tự. Cuối cùng, tất cả các kết quả được tổng hợp.

Nếu có tầng hầm thì tổn thất nhiệt qua móng và sàn sẽ ít hơn, vì tính toán liên quan đến nhiệt độ của đất chứ không phải không khí bên ngoài.

Nếu tầng hầm dưới sàn tầng 1 được sưởi ấm thì sàn không cần cách nhiệt. Tốt hơn hết bạn nên lót tường tầng hầm bằng vật liệu cách nhiệt để nhiệt không thoát xuống đất.

Xác định tổn thất thông qua thông gió

Để đơn giản hóa việc tính toán, người ta không tính đến độ dày của tường mà chỉ xác định thể tích không khí bên trong:

V = 10x10x7 = 700 mᶾ.

Với tốc độ trao đổi không khí Kv = 2, tổn thất nhiệt sẽ là:

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

Nếu Kv = 1:

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

Bộ trao đổi nhiệt dạng quay và dạng tấm giúp thông gió hiệu quả cho các tòa nhà dân cư. Hiệu quả của cái trước cao hơn, nó đạt tới 90%.

Ví dụ tính toán kỹ thuật nhiệt số 2

Cần tính toán tổn thất qua bức tường gạch dày 51 cm, được cách nhiệt bằng lớp bông khoáng dày 10 cm. Bên ngoài - 18⁰, bên trong - 22⁰. Kích thước của bức tường là cao 2,7 m và dài 4 m. Bức tường ngoài duy nhất của căn phòng hướng về phía Nam, không có cửa bên ngoài.

Đối với gạch, hệ số dẫn nhiệt Kt = 0,58 W/m°C, đối với bông khoáng - 0,04 W/m°C. Cách nhiệt:

R1 = 0,51: 0,58 = 0,879 m2 mxC/W. R2 = 0,1: 0,04 = 2,5 mét vuông. mxC/W. Nói chung, đối với đường bao tòa nhà thẳng đứng: R = R1 + R2 = 0,879 + 2,5 = 3,379 m2. mxC/W.

Diện tích tường ngoài A = 2,7 x 4 = 10,8 m2

Tổn thất nhiệt qua tường:

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

Để tính toán tổn thất qua cửa sổ, người ta sử dụng cùng một công thức, nhưng khả năng chịu nhiệt của chúng thường được ghi trong hộ chiếu và không cần phải tính toán.

Trong khả năng cách nhiệt của một ngôi nhà, cửa sổ là “mắt xích yếu”. Một tỷ lệ nhiệt khá lớn bị mất qua chúng. Cửa sổ lắp kính hai lớp nhiều lớp, màng phản nhiệt, khung đôi sẽ giảm thất thoát nhiệt nhưng ngay cả điều này cũng không giúp tránh thất thoát nhiệt hoàn toàn

Nếu nhà có cửa sổ tiết kiệm năng lượng kích thước 1,5 x 1,5 m2, hướng Bắc, hệ số cản nhiệt là 0,87 m2°C/W thì tổn thất sẽ là:

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

Ví dụ tính toán kỹ thuật nhiệt số 3

Hãy thực hiện tính toán nhiệt của một tòa nhà gỗ có mặt tiền được làm từ gỗ thông dày 0,22 m, hệ số cho vật liệu này là K = 0,15. Trong trường hợp này, tổn thất nhiệt sẽ là:

R = 0,22: 0,15 = 1,47 m2 x ⁰С/W.

Nhiệt độ thấp nhất trong khoảng thời gian 5 ngày là -18⁰, để tạo sự thoải mái trong nhà, nhiệt độ được đặt thành 21⁰. Sự khác biệt sẽ là 39⁰. Dựa trên diện tích 120 mét vuông, kết quả sẽ là:

Qс = 120 x 39: 1,47 = 3184 W.

Để so sánh, hãy xác định tổn thất của một ngôi nhà gạch. Hệ số của gạch vôi cát là 0,72.

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

Trong cùng điều kiện, một ngôi nhà gỗ sẽ tiết kiệm hơn. Gạch vôi cát hoàn toàn không thích hợp để xây tường ở đây.

Cấu trúc bằng gỗ có khả năng chịu nhiệt cao. Cấu trúc bao quanh của nó duy trì nhiệt độ thoải mái trong một thời gian dài. Tuy nhiên, ngay cả một ngôi nhà gỗ cũng cần được cách nhiệt và tốt hơn là nên làm điều này cả bên trong lẫn bên ngoài

Các nhà xây dựng và kiến ​​trúc sư khuyên bạn nên làm tính toán nhiệt để lắp đặt hệ thống sưởi để lựa chọn thiết bị phù hợp và ở giai đoạn thiết kế ngôi nhà để lựa chọn hệ thống cách nhiệt phù hợp.

Ví dụ tính nhiệt số 4

Ngôi nhà sẽ được xây dựng ở khu vực Moscow. Để tính toán, một bức tường làm bằng khối xốp đã được lấy. Cách áp dụng vật liệu cách nhiệt bọt polystyrene ép đùn. Việc hoàn thiện kết cấu là trát cả hai mặt. Cấu trúc của nó là đá vôi-cát.

Polystyrene giãn nở có mật độ 24 kg/mᶾ.

Độ ẩm không khí tương đối trong phòng là 55% ở nhiệt độ trung bình 20⁰. Độ dày lớp:

• thạch cao - 0,01 m;
• bê tông bọt - 0,2 m;
• polystyrene mở rộng - 0,065 m.

Nhiệm vụ là tìm ra điện trở truyền nhiệt thực tế và yêu cầu. Rtr yêu cầu được xác định bằng cách thay thế các giá trị trong biểu thức:

Rtr=a x GSOP+b

trong đó GOSP là ngày độ của mùa nóng, a và b là các hệ số lấy từ bảng số 3 của Bộ quy tắc 50.13330.2012. Vì tòa nhà là khu dân cư nên a là 0,00035, b = 1,4.

GSOP được tính bằng công thức lấy từ cùng một SP:

GOSP = (tv – tot) x zot.

Trong công thức này, tв = 20⁰, tоt = -2,2⁰, zоt - 205 là thời gian gia nhiệt tính bằng ngày. Kể từ đây:

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

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

Sử dụng bảng số 2 SP50.13330.2012, xác định hệ số dẫn nhiệt cho từng lớp tường:

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

Tổng điện trở có điều kiện để truyền nhiệt Ro bằng tổng điện trở của tất cả các lớp. Nó được tính bằng công thức:

Công thức này được lấy từ SP 50.13330.2012. Ở đây 1/av là khả năng chịu nhiệt của bề mặt bên trong. 1/an - giống như bên ngoài, δ / λ - khả năng chịu nhiệt của lớp

Thay các giá trị ta được: Rо arb. = 2,54 m2°C/W. Rф được xác định bằng cách nhân Ro với hệ số r bằng 0,9:

Rf = 2,54 x 0,9 = 2,3 m2 x °C/W.

Kết quả đòi hỏi phải thay đổi thiết kế của phần tử bao quanh, vì điện trở nhiệt thực tế nhỏ hơn giá trị tính toán.

Có nhiều dịch vụ máy tính giúp tăng tốc và đơn giản hóa việc tính toán.

Tính toán nhiệt liên quan trực tiếp đến việc xác định điểm sương. Bạn sẽ tìm hiểu nó là gì và cách tìm ý nghĩa của nó từ bài viết chúng tôi đề xuất.

Kết luận và video hữu ích về chủ đề này

Thực hiện tính toán kỹ thuật nhiệt bằng máy tính trực tuyến:

Tính toán kỹ thuật nhiệt đúng:

Một tính toán kỹ thuật nhiệt có thẩm quyền sẽ cho phép bạn đánh giá hiệu quả cách nhiệt các yếu tố bên ngoài của ngôi nhà và xác định công suất của thiết bị sưởi ấm cần thiết.

Nhờ đó, bạn có thể tiết kiệm tiền khi mua vật liệu và thiết bị sưởi ấm. Tốt hơn là nên biết trước liệu thiết bị có thể đáp ứng được hệ thống sưởi và điều hòa không khí của tòa nhà hay không hơn là mua mọi thứ một cách ngẫu nhiên.

Vui lòng để lại bình luận, đặt câu hỏi và đăng ảnh liên quan đến chủ đề bài viết ở khối bên dưới. Hãy cho chúng tôi biết các tính toán kỹ thuật nhiệt đã giúp bạn chọn thiết bị sưởi ấm có công suất hoặc hệ thống cách nhiệt cần thiết như thế nào. Có thể thông tin của bạn sẽ hữu ích cho khách truy cập trang web.