Ēkas siltumtehniskais aprēķins: aprēķinu veikšanas specifika un formulas + praktiski piemēri

Ekspluatējot ēku, nevēlama ir gan pārkaršana, gan sasalšana. Zelta vidusceļu ļaus noteikt siltumtehniskais aprēķins, kas ir ne mazāk svarīgs kā ekonomiskuma, stiprības, ugunsizturības, izturības aprēķināšana.

Balstoties uz siltumtehniskajām normām, klimatiskajiem raksturlielumiem, tvaika un mitruma caurlaidību, tiek veikta materiālu izvēle norobežojošo konstrukciju būvniecībai. Kā veikt šo aprēķinu, apskatīsim rakstā.

Siltumtehniskā aprēķina mērķis

No ēkas kapitālo norobežojumu siltumtehniskajām īpatnībām ir atkarīgs daudz. Tas ir gan konstruktīvo elementu mitrums, gan temperatūras rādītāji, kas ietekmē kondensāta esamību vai neesamību uz starptelpu starpsienām un pārsegumiem.

Aprēķins parādīs, vai tiks uzturēti stabili temperatūras un mitruma raksturlielumi pie plusa un mīnusa temperatūras. Šo raksturlielumu sarakstā ietilpst arī tāds rādītājs kā siltuma daudzums, ko zaudē ēkas norobežojošās konstrukcijas aukstajā periodā.

Nevar sākt projektēšanu, neesot visiem šiem datiem. Balstoties uz tiem, izvēlas sienu un pārsegumu biezumu, slāņu secību.

Saskaņā ar GOST 30494-96 regulējumu temperatūras vērtības telpās. Vidēji tā ir 21⁰. Šajā laikā relatīvajam mitrumam ir jāatrodas komforta robežās, un tas vidēji ir 37%. Lielākais gaisa masas kustības ātrums ir 0,15 m/s

Siltumtehniskais aprēķins izvirza mērķus noteikt:

1. Vai konstrukcijas ir identiskas deklarētajiem pieprasījumiem no siltuma aizsardzības viedokļa?
2. Cik pilnībā tiek nodrošināts komfortabls mikroklimats ēkas iekšienē?
3. Vai tiek nodrošināta optimāla konstrukciju siltuma aizsardzība?

Pamatprincips ir temperatūras rādītāju starpības līdzsvara ievērošana starp norobežojumu iekšējo konstrukciju atmosfēru un telpām. Ja to neievēro, siltumu absorbēs šīs virsmas, bet iekšpusē temperatūra paliks ļoti zema.

Uz iekšējo temperatūru būtiski nedrīkst ietekmēt siltuma plūsmas izmaiņas. Šo raksturlielumu sauc par siltumnoturību.

Veicot siltuma aprēķinu, tiek noteiktas optimālās robežas (minimālā un maksimālā) sienu un pārsegumu biezumam. Tas nodrošina ēkas ekspluatāciju ilgā laika posmā gan bez konstrukciju ekstrēmas aizsalšanas, gan bez pārkaršanas.

Aprēķinu veikšanas parametri

Lai veiktu siltuma aprēķinu, ir nepieciešami sākotnējie parametri.

Tie ir atkarīgi no vairākām īpašībām:

1. Ēkas mērķa un tās veida.
2. Vertikālo norobežojošo konstrukciju orientācijas attiecībā pret debespusēm.
3. Topošās mājas ģeogrāfiskajiem parametriem.
4. Ēkas apjoma, tās stāvu skaita un platības.
5. Durvju un logu ailu tipu un izmēru datiem.
6. Apkures veida un tās tehniskajiem parametriem.
7. Pastāvīgo iedzīvotāju skaita.
8. Vertikālo un horizontālo norobežojošo konstrukciju materiāla.
9. Augšējā stāva pārseguma.
10. Karstā ūdens apgādes aprīkojuma.
11. Ventilācijas veida.

Aprēķinā tiek ņemtas vērā arī citas būves konstruktīvās īpatnības. Norobežojošo konstrukciju gaisa caurlaidība nedrīkst veicināt pārmērīgu dzesēšanu mājas iekšienē un samazināt elementu siltumizolācijas īpašības.

Siltuma zudumus izraisa arī sienu pārmitrināšana, turklāt tas rada mitrumu, kas negatīvi ietekmē ēkas ilgmūžību.

Aprēķina procesā vispirms nosaka būvmateriālu, no kuriem izgatavoti ēkas norobežojošie elementi, siltumtehniskos datus. Papildus tam nosaka samazināto siltuma pārneses pretestību un tās atbilstību normatīvajai vērtībai.

Aprēķina veikšanas formulas

Mājā zaudēto siltuma noplūdes var sadalīt divās galvenajās daļās: zudumi caur norobežojošām konstrukcijām un zudumi, ko izraisa ventilācijas sistēmas darbība. Turklāt siltums tiek zaudēts, siltu ūdeni izlejot kanalizācijas sistēmā.

Zudumi caur norobežojošām konstrukcijām

Materiāliem, no kuriem izveidotas norobežojošās konstrukcijas, jāatrod siltumvadītspējas koeficienta Kt vērtība (W/(m·°C)). Tās atrodamas attiecīgajās uzziņu grāmatās.

Tagad, zinot slāņu biezumu, pēc formulas: R = S/Kt, aprēķina katras vienības termisko pretestību. Ja konstrukcija ir daudzslāņaina, visas iegūtās vērtības saskaita.

Siltuma zudumu lielumus visvieglāk noteikt, saskaitot siltuma plūsmas caur norobežojošām konstrukcijām, kas faktiski veido šo ēku.

Ievērojot šo metodi, tiek ņemts vērā fakts, ka konstrukcijas veidojošajiem materiāliem ir atšķirīga struktūra. Tāpat tiek ņemts vērā, ka siltuma plūsmai, kas iet caur tiem, ir atšķirīga specifika.

Katrai atsevišķai konstrukcijai siltuma zudumus nosaka pēc formulas:

Q = (A / R) x dT

Šeit:

• A — platība m².
• R — konstrukcijas siltuma pārneses pretestība.
• dT — temperatūras starpība starp ārpusi un iekšpusi. Tā jānosaka aukstākajam 5 dienu periodam.

Veicot aprēķinu šādā veidā, var iegūt rezultātu tikai visaukstākajam piecu dienu periodam. Kopējos siltuma zudumus visā aukstajā sezonā nosaka, ņemot vērā parametru dT, ņemot vērā temperatūru nevis viszemāko, bet vidējo.

Cik lielā mērā tiek absorbēts siltums, kā arī siltuma atdeve ir atkarīga no reģiona klimata mitruma. Šī iemesla dēļ aprēķinos tiek izmantotas mitruma kartes.

Pēc tam tiek aprēķināts enerģijas daudzums, kas nepieciešams, lai kompensētu siltuma zudumus, kas radušies gan caur norobežojošām konstrukcijām, gan caur ventilāciju. To apzīmē ar simbolu W.

Tam ir formula:

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

Tajā N — apkures perioda ilgums dienās.

Aprēķina pēc platības trūkumi

Aprēķins, kas balstīts uz platības rādītāju, neizceļas ar lielu precizitāti. Šeit nav ņemti vērā tādi parametri kā klimats, temperatūras rādītāji – gan minimālie, gan maksimālie, mitrums. Ignorējot daudzus svarīgus momentus, aprēķinam ir ievērojamas kļūdas.

Bieži, cenšoties tos pārklāt, projektā tiek paredzēta «rezerve».

Ja tomēr aprēķinam ir izvēlēta šī metode, jāņem vērā šādas nianses:

1. Ja vertikālo norobežojumu augstums ir līdz trīs metriem un uz vienas virsmas ir ne vairāk kā divi atvērumi, rezultātu labāk reizināt ar 100 W.
2. Ja projektā ir iekļauts balkons, divi logi vai lodžija, tad vidēji reizina ar 125 W.
3. Ja telpas ir rūpnieciskas vai noliktavas, piemēro reizinātāju 150 W.
4. Ja radiatori atrodas pie logiem, to projektētā jauda tiek palielināta par 25%.

Platības formula ir šāda:

Q=S × 100 (150) W.

Šeit Q ir komfortabls siltuma līmenis ēkā, S ir apsildāmā platība m². Skaitļi 100 vai 150 ir īpatnējais siltumenerģijas daudzums, kas nepieciešams 1 m² apsildīšanai.

Zudumi caur mājas ventilāciju

Kritiskais parametrs šajā gadījumā ir gaisa maiņas daudzkārtība. Pie nosacījuma, ka mājas sienas ir tvaiku caurlaidīgas, šī vērtība ir vienāda ar vienu.

Aukstā gaisa iekļūšana mājā tiek veikta caur pieplūdes ventilāciju. Izplūdes ventilācija veicina siltā gaisa aizplūšanu. Rekuperators-siltummainis samazina zudumus caur ventilāciju. Tas nepieļauj siltuma aizplūšanu kopā ar izejošo gaisu, bet ieejošās plūsmas tas silda.

Tiek paredzēta pilnīga gaisa atjaunošana ēkā vienas stundas laikā. Ēkām, kas būvētas atbilstoši DIN standartam, ir sienas ar tvaika izolāciju, tāpēc šeit gaisa apmaiņas intensitāte tiek pieņemta vienāda ar divi.

Ir formula, pēc kuras nosaka siltuma zudumus caur ventilācijas sistēmu:

Qv = (V x Kv : 3600) x R x S x dT

Šeit simboli apzīmē sekojošo:

1. Qv — siltuma zudumi.
2. V — telpas tilpums m³.
3. R — gaisa blīvums. Tā vērtība ir pieņemta vienāda ar 1,2047 kg/mᶾ.
4. Kv — gaisa apmaiņas biežums.
5. C ir īpatnējā siltumietilpība. Tā ir vienāda ar 1005 J/(kg × C).

Pēc šī aprēķina rezultātiem var noteikt apkures sistēmas siltuma ģeneratora jaudu. Ja jaudas vērtība ir pārāk augsta, risinājums var būt ventilācijas iekārta ar rekuperatoru. Apskatīsim vairākus piemērus mājām no dažādiem materiāliem.

Siltumtehniskā aprēķina piemērs Nr.1

Aprēķināsim dzīvojamo ēku, kas atrodas 1. klimatiskajā rajonā (Krievija), apakšrajonā 1B. Visi dati ņemti no SNiP 23-01-99 1. tabulas. Aukstākā temperatūra, kas novērota piecu dienu periodā ar nodrošinājumu 0,92, ir tn = -22 °C.

Saskaņā ar SNiP apkures periods (zop) ilgst 148 dienas. Vidējā temperatūra apkures periodā, ja vidējā diennakts gaisa temperatūra ārā ir 8 °C, ir tot = -2,3 °C. Temperatūra ārā apkures sezonā ir tht = -4,4 °C.

Mājas siltuma zudumi ir vissvarīgākais brīdis tās projektēšanas posmā. No aprēķinu rezultātiem ir atkarīga gan būvmateriālu, gan izolācijas izvēle. Nulles zudumu nav, bet jātiecas, lai tie būtu pēc iespējas lietderīgāki.

Ir noteikts nosacījums, ka mājas telpās jānodrošina 22 °C temperatūra. Mājai ir divi stāvi un sienas ar biezumu 0,5 m. Tās augstums ir 7 m, izmēri plānā ir 10 x 10 m. Vertikālo norobežojošo konstrukciju materiāls ir siltā keramika. Tai siltumvadītspējas koeficients ir 0,16 W/(m·°C).

Kā ārējā izolācija izmantota minerālvate ar biezumu 5 cm. Tās siltumvadītspējas vērtība ir 0,04 W/(m·°C). Logu atvērumu skaits mājā ir 15 gab., katrs 2,5 m².

Siltuma zudumi caur sienām

Pirmkārt, ir jānosaka gan keramiskās sienas, gan izolācijas termiskā pretestība. Pirmajā gadījumā R1 = 0,5 : 0,16 = 3,125 kv. m x °C/W. Otrajā — R2 = 0,05 : 0,04 = 1,25 kv. m x °C/W. Kopumā vertikālajai norobežojošajai konstrukcijai: R = R1 + R2 = 3,125 + 1,25 = 4,375 kv. m x °C/W.

Tā kā siltuma zudumi ir tieši proporcionāli norobežojošo konstrukciju laukumam, mēs aprēķinām sienu laukumu:

A = 10 x 4 x 7 – 15 x 2,5 = 242,5 m²

Tagad var noteikt siltuma zudumus caur sienām:

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

Siltuma zudumus caur horizontālajām norobežojošām konstrukcijām aprēķina līdzīgi. Rezultāti tiek summēti.

Ja ir pagrabs, tad siltuma zudumi caur pamatiem un grīdu būs mazāki, jo aprēķinā tiek ņemta vērā grunts temperatūra, nevis ārējā gaisa temperatūra.

Ja pagrabs zem pirmā stāva grīdas tiek apsildīts, grīdu var nesiltināt. Tomēr pagraba sienas labāk apšūt ar izolāciju, lai siltums neaizietu zemē.

Zudumu noteikšana caur ventilāciju

Lai vienkāršotu aprēķinu, sienu biezumu neņem vērā, bet vienkārši nosaka iekšējā gaisa tilpumu:

V = 10 x 10 x 7 = 700 m³.

Pie gaisa apmaiņas daudzkārtības Kv = 2, siltuma zudumi būs:

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

Ja Kv = 1:

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

Dzīvojamo māju efektīvu ventilāciju nodrošina rotoru un plākšņu rekuperatori. Pirmo lietderības koeficients ir augstāks un sasniedz 90%.

Siltumtehniskā aprēķina piemērs Nr.2

Nepieciešams veikt siltuma zudumu aprēķinu caur ķieģeļu sienu, kuras biezums ir 51 cm. Tā ir siltināta ar 10 centimetru minerālvates slāni. Ārā – 18⁰, iekšā – 22⁰. Sienas izmēri: 2,7 m augstumā un 4 m garumā. Vienīgā telpas ārējā siena ir vērsta uz dienvidiem, ārdurvju nav.

Ķieģelim siltumvadītspējas koeficients Kt = 0,58 W/mºC, minerālvatei – 0,04 W/mºC. Termiskā pretestība:

R1 = 0,51 : 0,58 = 0,879 m² x °C/W. R2 = 0,1 : 0,04 = 2,5 m² x °C/W. Kopumā vertikālai norobežojošai konstrukcijai: R = R1 + R2 = 0.879 + 2,5 = 3.379 m² x °C/W.

Ārējās sienas platība A = 2,7 x 4 = 10,8 m²

Siltuma zudumi caur sienu:

Qc = (10,8 : 3.379) x (22 – (-18)) = 127,9 W.

Lai aprēķinātu zudumus caur logiem, izmanto to pašu formulu, bet to termiskā pretestība parasti ir norādīta pasē, un tā nav jāaprēķina.

Mājas siltumizolācijā logi ir „vājais posms”. Caur tiem aizplūst diezgan liela daļa siltuma. Zudumus samazinās daudzkārtējie stikla pakešu logi, siltumu atstarojošās plēves, dubultie rāmji, bet pat tas nepalīdzēs pilnībā izvairīties no siltuma zudumiem.

Ja mājā ir energoefektīvi logi ar izmēriem 1,5 x 1,5 m², kas orientēti uz ziemeļiem, un termiskā pretestība ir 0,87 m²°C/W, tad zudumi būs:

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

Siltumtehniskā aprēķina piemērs Nr.3

Veiksim koka guļbūves siltuma aprēķinu ar fasādi, kas celta no priedes baļķiem ar slāņa biezumu 0,22 m. Šī materiāla koeficients ir K=0,15. Šajā situācijā siltuma zudumi būs:

R = 0,22 : 0,15 = 1,47 m² x °C/W.

Piecu dienu perioda zemākā temperatūra ir -18⁰, bet komfortam mājā ir noteikta 21⁰ temperatūra. Starpība būs 39⁰. Ja izejam no platības 120 m², iegūstam rezultātu:

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

Salīdzinājumam noteiksim ķieģeļu mājas zudumus. Silikāta ķieģeļa koeficients ir 0,72.

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

Vienādos apstākļos koka māja ir ekonomiskāka. Silikāta ķieģelis sienu būvniecībai šeit nemaz neder.

Koka celtnei ir augsta siltumietilpība. Tās norobežojošās konstrukcijas ilgi saglabā komfortablu temperatūru. Tomēr pat guļbūvi ir nepieciešams siltināt, un to labāk darīt gan no iekšpuses, gan no ārpuses.

Būvnieki un arhitekti iesaka obligāti veikt siltuma aprēķinu, ierīkojot apkuri, lai pareizi izvēlētos aprīkojumu, kā arī mājas projektēšanas stadijā, lai izvēlētos piemērotu siltināšanas sistēmu.

Siltuma aprēķina piemērs Nr.4

Māja tiks būvēta Maskavas apgabalā. Aprēķinam ņemta siena, kas veidota no putu blokiem. Kā izolācija izmantots ekstrudētais putupolistirols. Konstrukcijas apdare ir apmetums no abām pusēm. Tās struktūra ir kaļķa-smilšu.

Putupolistirola blīvums ir 24 kg/mᶾ.

Relatīvie gaisa mitruma rādītāji telpā ir 55% pie vidējās temperatūras 20⁰. Slāņu biezums:

• apmetums — 0,01 m;
• putu betons — 0,2 m;
• putupolistirols — 0,065 m.

Uzdevums ir atrast nepieciešamo siltuma pretestību un faktisko. Nepieciešamo Rtr nosaka, ievietojot vērtības izteiksmē:

Rtr = a x GSOP + b

kur GSOP ir apkures perioda grāddienas, a un b ir koeficienti, kas ņemti no Noteikumu kopuma 50.13330.2012 3. tabulas. Tā kā ēka ir dzīvojamā, a ir 0,00035, b = 1,4.

GSOP aprēķina pēc formulas, kas ņemta no tā paša noteikumu kopuma:

GSOP = (tv – tot) x zot.

Šajā formulā tv = 20⁰, tot = -2,2⁰, zot = 205 — apkures periods dienās. Tātad:

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

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

Izmantojot SP50.13330.2012 2. tabulu, nosaka siltumvadītspējas koeficientus katram sienas slānim:

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

Pilnā nosacītā siltuma pretestība Ro ir vienāda ar visu slāņu pretestību summu. To aprēķina pēc formulas:

Šī formula ir ņemta no SP 50.13330.2012. Šeit 1/αv ir iekšējo virsmu siltuma uztveres pretestība. 1/αn ir tā pati ārējām, δ/λ ir slāņa termiskā pretestība.

Ievietojot vērtības, iegūst: Ro nosac. = 2,54 m2°C/W. Rf nosaka, reizinot Ro ar koeficientu r, kas vienāds ar 0,9:

Rf = 2,54 x 0,9 = 2,3 m2 x °C/W.

Rezultāts liek mainīt norobežojošā elementa konstrukciju, jo faktiskā siltuma pretestība ir mazāka par aprēķināto.

Ir daudzi datorpakalpojumi, kas paātrina un vienkāršo aprēķinus.

Siltumtehniskie aprēķini ir tieši saistīti ar rasas punkta noteikšanu. Kas tas ir un kā atrast tā vērtību, uzzināsiet mūsu ieteiktajā rakstā.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Siltumtehniskā aprēķina veikšana, izmantojot tiešsaistes kalkulatoru:

Pareizs siltumtehniskais aprēķins:

Kvalitatīvs siltumtehniskais aprēķins ļaus novērtēt mājas ārējo elementu siltināšanas efektivitāti, noteikt nepieciešamo apkures iekārtu jaudu.

Rezultātā var ietaupīt, iegādājoties materiālus un apkures ierīces. Labāk jau iepriekš zināt, vai tehnika tiks galā ar ēkas apsildi un kondicionēšanu, nekā pirkt visu uz labu laimi.

Lūdzu, atstājiet komentārus, uzdodiet jautājumus, ievietojiet foto par raksta tēmu zemāk esošajā blokā. Pastāstiet, kā siltumtehniskais aprēķins palīdzēja jums izvēlēties nepieciešamās jaudas apkures iekārtu vai siltināšanas sistēmu. Nevar izslēgt, ka jūsu informācija noderēs vietnes apmeklētājiem.