Calcolo termotecnico di un edificio: specifiche e formule per eseguire i calcoli + esempi pratici
Durante il funzionamento dell'edificio, sia il surriscaldamento che il congelamento sono indesiderabili.I calcoli di ingegneria termica, che non sono meno importanti del calcolo dell'efficienza, della resistenza, della resistenza al fuoco e della durata, ti permetteranno di determinare la media aurea.
Sulla base degli standard di ingegneria termica, delle caratteristiche climatiche, della permeabilità al vapore e all'umidità, vengono selezionati i materiali per la costruzione delle strutture di recinzione. Vedremo come eseguire questo calcolo nell'articolo.
Il contenuto dell'articolo:
Scopo del calcolo termotecnico
Molto dipende dalle caratteristiche tecnico-termiche degli involucri permanenti dell'edificio. Ciò include l'umidità degli elementi strutturali e gli indicatori di temperatura, che influenzano la presenza o l'assenza di condensa sulle partizioni interne e sui soffitti.
Il calcolo mostrerà se le caratteristiche stabili di temperatura e umidità verranno mantenute alle temperature più e meno. L'elenco di queste caratteristiche include anche un indicatore come la quantità di calore perso dall'involucro dell'edificio durante il periodo freddo.
Non puoi iniziare a progettare senza avere tutti questi dati. Sulla base di essi vengono scelti lo spessore delle pareti e dei soffitti e la sequenza degli strati.
Il calcolo dell'ingegneria termica mira a determinare:
- Le costruzioni sono identiche ai requisiti dichiarati in termini di protezione termica?
- Quanto è garantito un microclima confortevole all'interno dell'edificio?
- Viene fornita una protezione termica ottimale delle strutture?
Il principio principale è mantenere un equilibrio tra la differenza negli indicatori di temperatura dell'atmosfera delle strutture interne di recinzioni e locali. Se ciò non viene seguito, il calore verrà assorbito da queste superfici e la temperatura all'interno rimarrà molto bassa.
La temperatura interna non dovrebbe essere influenzata in modo significativo dai cambiamenti nel flusso di calore. Questa caratteristica è chiamata resistenza al calore.
Eseguendo un calcolo termico si determinano i limiti ottimali (minimo e massimo) delle dimensioni delle pareti e degli spessori del soffitto. Ciò garantisce il funzionamento dell'edificio per un lungo periodo, senza congelamento estremo delle strutture o surriscaldamento.
Opzioni per eseguire calcoli
Per eseguire i calcoli del calore, sono necessari i parametri iniziali.
Dipendono da una serie di caratteristiche:
- Scopo dell'edificio e sua tipologia.
- Orientamenti delle strutture di recinzione verticali rispetto alle direzioni cardinali.
- Parametri geografici della futura casa.
- Il volume dell'edificio, il suo numero di piani, l'area.
- Tipi e dimensioni delle aperture di porte e finestre.
- Tipo di riscaldamento e suoi parametri tecnici.
- Numero di residenti permanenti.
- Materiali per strutture di recinzione verticali e orizzontali.
- Soffitti dei piani superiori.
- Attrezzature per la fornitura di acqua calda.
- Tipo di ventilazione.
Durante il calcolo vengono prese in considerazione anche altre caratteristiche di progettazione della struttura. La permeabilità all'aria delle strutture di recinzione non dovrebbe contribuire ad un raffreddamento eccessivo all'interno della casa e ridurre le caratteristiche di protezione termica degli elementi.
La perdita di calore è causata anche dal ristagno delle pareti e, inoltre, ciò comporta umidità, che influisce negativamente sulla durabilità dell'edificio.
Nel processo di calcolo vengono determinati innanzitutto i dati tecnici termici dei materiali da costruzione con cui sono realizzati gli elementi di recinzione dell’edificio. Inoltre, la ridotta resistenza al trasferimento di calore e la conformità al valore standard sono soggette a determinazione.
Formule per eseguire calcoli
Le perdite di calore di un'abitazione possono essere suddivise in due parti principali: perdite attraverso l'involucro dell'edificio e perdite causate dal funzionamento dell'edificio. sistema di ventilazione. Inoltre, il calore viene perso quando l'acqua calda viene scaricata nel sistema fognario.
Perdite dovute agli involucri edilizi
Per i materiali con cui sono costruite le strutture di recinzione, è necessario trovare il valore dell'indice di conducibilità termica Kt (W/m x grado). Sono nei libri di consultazione pertinenti.
Ora, conoscendo lo spessore degli strati, secondo la formula: R = S/Kt, calcolare la resistenza termica di ciascuna unità. Se la struttura è multistrato, tutti i valori ottenuti vengono sommati.
Guidati da questa metodologia, tengono conto del fatto che i materiali che compongono la struttura hanno una struttura diversa. Si tiene inoltre conto del fatto che il flusso di calore che li attraversa ha specifiche diverse.
Per ogni singola struttura, la perdita di calore è determinata dalla formula:
Q = (A/R) x dT
Qui:
- A è l'area in m².
- R è la resistenza della struttura al trasferimento di calore.
- dT è la differenza di temperatura tra esterno ed interno.Deve essere determinato per il periodo di 5 giorni più freddo.
Eseguendo il calcolo in questo modo è possibile ottenere il risultato solo per il periodo di cinque giorni più freddo. La perdita di calore totale per l'intera stagione fredda è determinata tenendo conto del parametro dT, tenendo conto non della temperatura più bassa, ma di quella media.
Successivamente, viene calcolata la quantità di energia necessaria per compensare la perdita di calore persa sia attraverso l’involucro dell’edificio che attraverso la ventilazione. È indicato con il simbolo W.
Esiste una formula per questo:
W = ((Q + Qâ) x 24 x N)/1000
In esso N è la durata del periodo di riscaldamento in giorni.
Svantaggi del calcolo dell'area
Il calcolo basato sull'indicatore di superficie non è molto accurato. Qui non vengono presi in considerazione parametri quali il clima, gli indicatori di temperatura, sia minima che massima, e l'umidità. Poiché vengono ignorati molti punti importanti, il calcolo presenta errori significativi.
Spesso cercando di coprirli, il progetto prevede una “riserva”.
Se tuttavia si sceglie questo metodo per il calcolo, è necessario tenere conto delle seguenti sfumature:
- Se l'altezza delle recinzioni verticali arriva fino a tre metri e non ci sono più di due aperture su una superficie, è meglio moltiplicare il risultato per 100 W.
- Se il progetto prevede un balcone, due finestre o una loggia moltiplicare per una media di 125 W.
- Quando i locali sono industriali o capannoni si utilizza un moltiplicatore da 150 W.
- Se i radiatori sono posizionati vicino alle finestre, la loro capacità progettuale aumenta del 25%.
La formula per l'area è:
Q=S x 100 (150) L.
Qui Q è il livello di calore confortevole nell'edificio, S è la superficie riscaldata in m². I numeri 100 o 150 rappresentano la quantità specifica di energia termica consumata per riscaldare 1 m².
Perdite di ventilazione della casa
Il parametro chiave in questo caso è il tasso di ricambio d'aria. A condizione che le pareti della casa siano permeabili al vapore, questo valore è pari a uno.
Si prevede che l'aria all'interno dell'edificio venga completamente rinnovata in un'ora. Gli edifici costruiti secondo lo standard DIN hanno pareti con barriere al vapore, quindi qui il tasso di ricambio d'aria è due.
Esiste una formula che determina la perdita di calore attraverso il sistema di ventilazione:
Qv = (V x Kv: 3600) x P x C x dT
Qui i simboli significano quanto segue:
- Qв - perdita di calore.
- V è il volume della stanza in mᶾ.
- P è la densità dell'aria. il suo valore è assunto pari a 1,2047 kg/mᶾ.
- Kv - tasso di ricambio dell'aria.
- C è la capacità termica specifica. È pari a 1005 J/kg x C.
Sulla base dei risultati di questo calcolo, è possibile determinare la potenza del generatore di calore dell'impianto di riscaldamento. Se il valore della potenza è troppo alto, la soluzione alla situazione potrebbe essere dispositivo di ventilazione con recuperatore. Diamo un'occhiata ad alcuni esempi di case realizzate con materiali diversi.
Esempio di calcolo termotecnico n. 1
Calcoliamo un edificio residenziale situato nella regione climatica 1 (Russia), sottodistretto 1B. Tutti i dati sono presi dalla tabella 1 di SNiP 23-01-99. La temperatura più fredda osservata nell'arco di cinque giorni con una probabilità di 0,92 è tн = -22⁰С.
Secondo SNiP, il periodo di riscaldamento (zop) dura 148 giorni. La temperatura media nel periodo di riscaldamento con la temperatura media giornaliera dell'aria esterna è di 8⁰ - tot = -2,3⁰. La temperatura esterna durante la stagione di riscaldamento è tht = -4,4⁰.
La condizione era stabilita che la temperatura nelle stanze della casa fosse di 22⁰. La casa ha due piani e muri spessi 0,5 m, l'altezza è di 7 m, le dimensioni in pianta sono 10 x 10 m, il materiale delle strutture di chiusura verticali è la calda ceramica. Per questo, il coefficiente di conduttività termica è 0,16 W/m x C.
Come isolamento esterno è stata utilizzata lana minerale, spessa 5 cm. Il valore Kt è 0,04 W/m x C. Il numero di aperture delle finestre nella casa è di 15 pz. 2,5 mq ciascuno.
Perdita di calore attraverso le pareti
Innanzitutto è necessario determinare la resistenza termica sia della parete ceramica che dell'isolante. Nel primo caso R1 = 0,5: 0,16 = 3,125 mq. mxC/W. Nel secondo - R2 = 0,05: 0,04 = 1,25 mq. mxC/W. In generale, per un involucro edilizio verticale: R = R1 + R2 = 3,125 + 1,25 = 4,375 mq. mxC/W.
Poiché la perdita di calore è direttamente proporzionale all'area delle strutture di recinzione, calcoliamo l'area delle pareti:
A = 10 x 4 x 7 – 15 x 2,5 = 242,5 m²
Ora puoi determinare la perdita di calore attraverso le pareti:
Qñ = (242,5: 4,375) x (22 – (-22)) = 2438,9 W.
La perdita di calore attraverso le strutture di recinzione orizzontali viene calcolata in modo simile. Alla fine, tutti i risultati vengono riassunti.
Se il seminterrato sotto il pavimento del primo piano è riscaldato, non è necessario isolare il pavimento. È comunque meglio rivestire le pareti del seminterrato con un isolante in modo che il calore non si disperda nel terreno.
Determinazione delle perdite per ventilazione
Per semplificare il calcolo, non tengono conto dello spessore delle pareti, ma determinano semplicemente il volume d'aria all'interno:
V = 10x10x7 = 700 mᶾ.
Con un ricambio d’aria Kv = 2 la dispersione termica sarà:
Qâ = (700 x 2): 3600) x 1,2047 x 1005 x (22 – (-22)) = 20.776 W.
Se Kv = 1:
Qâ = (700 x 1): 3600) x 1,2047 x 1005 x (22 – (-22)) = 10.358 W.
Gli scambiatori di calore rotativi e a piastre forniscono un'efficace ventilazione degli edifici residenziali. L'efficienza del primo è più elevata, raggiunge il 90%.
Esempio di calcolo termotecnico n. 2
È necessario calcolare le perdite attraverso un muro di mattoni spesso 51 cm, isolato con uno strato di lana minerale di 10 cm. Esterno - 18⁰, interno - 22⁰. Le dimensioni del muro sono 2,7 m di altezza e 4 m di lunghezza. L'unica parete esterna della stanza è orientata a sud; non ci sono porte esterne.
Per il mattone, il coefficiente di conduttività termica Kt = 0,58 W/mºC, per la lana minerale - 0,04 W/mºC. Resistenza termica:
R1 = 0,51: 0,58 = 0,879 mq. mxC/W. R2 = 0,1: 0,04 = 2,5 mq. mxC/W. In generale, per un involucro edilizio verticale: R = R1 + R2 = 0,879 + 2,5 = 3,379 mq. mxC/W.
Superficie della parete esterna A = 2,7 x 4 = 10,8 m²
Perdita di calore attraverso il muro:
Qñ = (10,8: 3,379) x (22 – (-18)) = 127,9 W.
Per calcolare le perdite attraverso le finestre, viene utilizzata la stessa formula, ma la loro resistenza termica, di norma, è indicata sul passaporto e non è necessario calcolarla.
Se la casa ha finestre a risparmio energetico di 1,5 x 1,5 m², orientate a Nord, e la resistenza termica è di 0,87 m2°C/W, allora le perdite saranno:
Qо = (2,25: 0,87) x (22 – (-18)) = 103,4 t.
Esempio di calcolo termotecnico n. 3
Eseguiamo il calcolo termico di un edificio in tronchi di legno con una facciata realizzata in tronchi di pino con uno strato di 0,22 m di spessore, il coefficiente per questo materiale è K = 0,15. In questa situazione la perdita di calore sarà:
R = 0,22: 0,15 = 1,47 m² x ⁰С/W.
La temperatura più bassa dei cinque giorni è -18⁰, per il comfort in casa la temperatura è impostata a 21⁰. La differenza sarà 39⁰. Sulla base di una superficie di 120 m², il risultato sarà:
Qñ = 120 x 39: 1,47 = 3184 W.
Per fare un confronto, determiniamo le perdite di una casa di mattoni. Il coefficiente per il mattone in arenaria calcarea è 0,72.
R = 0,22: 0,72 = 0,306 m² x ⁰С/W.
Qñ = 120 x 39: 0,306 = 15.294 W.
Alle stesse condizioni, una casa in legno è più economica. Qui il mattone arenaceo calcareo non è affatto adatto per la costruzione di muri.
Costruttori e architetti ti consigliano sicuramente di farlo calcolo del calore per l'impianto di riscaldamento per la corretta selezione delle apparecchiature e in fase di progettazione della casa per la scelta di un adeguato sistema di isolamento.
Esempio di calcolo del calore n. 4
La casa sarà costruita nella regione di Mosca. Per il calcolo è stato preso un muro fatto di blocchi di schiuma. Come viene applicato l'isolamento polistirene espanso estruso. La finitura della struttura è ad intonaco su entrambi i lati. La sua struttura è calcareo-sabbiosa.
Il polistirene espanso ha una densità di 24 kg/mᶾ.
L'umidità relativa dell'aria nella stanza è del 55% a una temperatura media di 20⁰. Spessore dello strato:
- intonaco - 0,01 m;
- calcestruzzo espanso - 0,2 m;
- polistirolo espanso - 0,065 m.
Il compito è trovare la resistenza al trasferimento di calore richiesta ed effettiva. L'Rtr richiesto viene determinato sostituendo i valori nell'espressione:
Rtr=a x GSOP+b
dove GOSP è il grado giorno della stagione di riscaldamento, aeb sono coefficienti tratti dalla tabella n. 3 del Codice delle regole 50.13330.2012. Poiché l'edificio è residenziale, a è 0,00035, b = 1,4.
Il GSOP viene calcolato utilizzando una formula presa dallo stesso SP:
GOSP = (tv – tot) x zot.
In questa formula, tв = 20⁰, tоt = -2,2⁰, zоt - 205 è il periodo di riscaldamento in giorni. Quindi:
GSOP = (20 – (-2,2)) x 205 = 4551⁰ C x giorno;
Rtr = 0,00035 x 4551 + 1,4 = 2,99 m2 x C/W.
Utilizzando la tabella n. 2 SP50.13330.2012, determinare i coefficienti di conducibilità termica per ciascuno strato della parete:
- λb1 = 0,81 W/m ⁰С;
- λb2 = 0,26 W/m ⁰С;
- λb3 = 0,041 W/m ⁰С;
- λb4 = 0,81 W/m ⁰С.
La resistenza condizionale totale al trasferimento di calore Ro è uguale alla somma delle resistenze di tutti gli strati. Si calcola utilizzando la formula:
Sostituendo i valori otteniamo: Rо arb. = 2,54 m2°C/W. Rф si determina moltiplicando Ro per un coefficiente r pari a 0,9:
Rf = 2,54 x 0,9 = 2,3 m2 x °C/W.
Il risultato richiede la modifica del design dell'elemento di contenimento, poiché la resistenza termica effettiva è inferiore a quella calcolata.
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I calcoli termici sono direttamente correlati alla determinazione punto di rugiada. Imparerai cos'è e come trovarne il significato dall'articolo che ti consigliamo.
Conclusioni e video utile sull'argomento
Esecuzione di calcoli di ingegneria termica utilizzando un calcolatore online:
Calcolo tecnico termico corretto:
Un calcolo termotecnico competente consentirà di valutare l'efficacia dell'isolamento degli elementi esterni della casa e di determinare la potenza degli apparecchi di riscaldamento necessari.
Di conseguenza, puoi risparmiare denaro sull'acquisto di materiali e dispositivi di riscaldamento. È meglio sapere in anticipo se l'attrezzatura è in grado di far fronte al riscaldamento e all'aria condizionata dell'edificio piuttosto che acquistare tutto a caso.
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È interessante notare che nell’era di Internet e della disponibilità di metodi per tali calcoli, ci sono ancora persone astute che cercano di imporre i propri servizi di calcolo termico.
Sto parlando adesso della mia società di gestione: hanno deciso di stimare la perdita di calore del nostro grattacielo e allo stesso tempo di imporre ai residenti un prezzo di molte migliaia per calcoli molto complessi e dispendiosi in termini di tempo.
Finora siamo riusciti a respingere i loro “servizi”.