Obsah článku
- Fyzika procesů tepelného inženýrství
- Odolnost proti přenosu tepla
- Faktory ovlivňující tepelné ztráty
- Schémata diferencovaného výpočtu
- Příklad výpočtu
Aby se váš dům neukázal jako bezedná jáma pro náklady na vytápění, doporučujeme vám prostudovat základní směry výzkumu tepelného inženýrství a metodiku výpočtu. Bez předběžného výpočtu tepelné propustnosti a akumulace vlhkosti dojde ke ztrátě celé podstaty bytové výstavby.
Fyzika procesů tepelného inženýrství
Různé oblasti fyziky mají hodně společného při popisu jevů, které studují. Je to tedy v tepelném inženýrství: principy popisující termodynamické systémy jasně rezonují se základy elektromagnetismu, hydrodynamiky a klasické mechaniky. Koneckonců mluvíme o popisu stejného světa, takže není divu, že modely fyzikálních procesů jsou v mnoha oblastech výzkumu charakterizovány některými společnými rysy..
Podstata tepelných jevů je snadno pochopitelná. Teplota tělesa nebo stupeň jeho zahřívání není nic jiného než míra intenzity vibrací elementárních částic, které tvoří toto těleso. Je zřejmé, že když dojde ke srážce dvou částic, jedna s vyšší úrovní energie převede energii na částici s nižší energií, ale nikdy naopak. Nejedná se však o jediný způsob výměny energie, přenos je možný také prostřednictvím kvantity tepelného záření. V tomto případě je základní princip nutně zachován: kvantum emitované méně zahřátým atomem není schopné přenášet energii na teplejší elementární částici. Jednoduše se od ní odráží a buď zmizí beze stopy, nebo převede svou energii na jiný atom s méně energie.
Termodynamika je dobrá, protože procesy, které v ní probíhají, jsou naprosto vizuální a lze je interpretovat pod rouškou různých modelů. Hlavní věcí je dodržovat základní postuláty, jako je zákon přenosu energie a termodynamická rovnováha. Takže pokud váš nápad splňuje tato pravidla, můžete snadno pochopit techniku výpočtů tepelného inženýrství od a do.
Odolnost proti přenosu tepla
Schopnost materiálu přenášet teplo se nazývá tepelná vodivost. Obecně je vždy vyšší, čím větší je hustota látky a tím lepší je její struktura přizpůsobena k přenosu kinetických oscilací.
Porovnání energetické účinnosti různých stavebních materiálů
Tepelný odpor je množství nepřímo úměrné tepelné vodivosti. Pro každý materiál nabývá tato vlastnost jedinečných hodnot v závislosti na struktuře, tvaru a řadě dalších faktorů. Například účinnost přenosu tepla v tloušťce materiálů a v oblasti jejich styku s jinými médii se může lišit, zejména pokud existuje mezi materiály v minimální agregované vrstvě alespoň minimální vrstva hmoty. Tepelný odpor je kvantitativně vyjádřen jako teplotní rozdíl dělený průtokem tepla:
Rt = (T2 – T1) / P
Kde:
- Rt – tepelný odpor místa, K / W;
- T2 – teplota začátku úseku, K;
- T1 – teplota konce úseku, K;
- P – tepelný tok, W.
V souvislosti s výpočtem tepelných ztrát hraje rozhodující roli tepelný odpor. Jakákoli uzavírací struktura může být představována jako rovinná rovnoběžná překážka v cestě tepelného toku. Jeho celkový tepelný odpor je součtem odporů každé vrstvy, zatímco všechny oddíly jsou přidány k prostorové struktuře, což je ve skutečnosti budova.
Rt = l / (? S)
Kde:
- Rt – tepelný odpor části obvodu, K / W;
- l je délka úseku tepelného okruhu, m;
- ? – koeficient tepelné vodivosti materiálu, W / (m · K);
- S – plocha průřezu místa, m2.
Faktory ovlivňující tepelné ztráty
Tepelné procesy dobře korelují s elektrickými: teplotní rozdíl působí v roli napětí, tepelný tok lze považovat za sílu proudu, ale pro odpor nemusíte vymýšlet svůj vlastní termín. Rovněž je plně platný koncept nejmenšího odporu, který se objevuje ve vytápění jako studené mosty..
Pokud vezmeme v úvahu libovolný materiál v řezu, je docela snadné stanovit cestu toku tepla jak na mikro, tak na makroúrovni. Jako první model vezmeme betonovou zeď, ve které jsou technologicky nezbytně připevněny ocelové tyče libovolného průřezu. Ocel vede teplo o něco lépe než beton, takže můžeme rozlišit tři hlavní tepelné toky:
- přes tloušťku betonu
- přes ocelové tyče
- od ocelových tyčí po beton
Tepelné ztráty studenými mosty v betonu
Poslední model tepelného toku je nejzajímavější. Protože ocelová tyč se zahřívá rychleji, bude mezi oběma materiály teplotní rozdíl blíže k vnější straně stěny. Ocel tedy nejen „čerpadla“ ohřívá sama o sobě, ale také zvyšuje tepelnou vodivost sousedních hmot betonu.
V porézních médiích probíhají tepelné procesy podobným způsobem. Téměř všechny stavební materiály se skládají z rozvětveného pásu pevných látek, jehož prostor je naplněn vzduchem. Pevný, hustý materiál tedy slouží jako hlavní vodič tepla, ale vzhledem ke své složité struktuře se cesta, kterou se šíří teplo, je větší než průřez. Druhým faktorem, který určuje tepelný odpor, je tedy heterogenita každé vrstvy a plášť budovy jako celku..
Snížení tepelných ztrát a přemístění rosného bodu do izolace vnější izolací stěny
Třetím faktorem ovlivňujícím tepelnou vodivost je akumulace vlhkosti v pórech. Voda má tepelný odpor 20–25krát nižší než odpor vzduchu, takže pokud vyplňuje póry, je celková tepelná vodivost materiálu ještě vyšší, než kdyby nebyly póry vůbec. Když voda zamrzne, situace se ještě zhorší: tepelná vodivost se může zvýšit až 80krát. Zdrojem vlhkosti je obvykle vzduch v místnosti a atmosférické srážení. V souladu s tím jsou třemi hlavními způsoby řešení tohoto jevu vnější hydroizolace stěn, použití parní ochrany a výpočet akumulace vlhkosti, což se nutně provádí souběžně s předpovídáním tepelných ztrát..
Schémata diferencovaného výpočtu
Nejjednodušší způsob, jak stanovit množství tepelných ztrát v budově, je sečíst hodnoty tepelného toku strukturami, které tvoří budovu. Tato technika plně zohledňuje rozdíl ve struktuře různých materiálů, jakož i specifika tepelného toku jimi a v uzlech dorazu jedné roviny do druhé. Takový dichotomický přístup úkol velmi zjednodušuje, protože různé uzavírací struktury se mohou výrazně lišit v konstrukci systémů tepelné ochrany. V souladu se samostatnou studií je tedy snazší určit množství tepelné ztráty, protože pro tento účel jsou poskytovány různé metody výpočtu:
- U stěn se úniky tepla kvantitativně rovnají celkové ploše vynásobené poměrem teplotního rozdílu k tepelnému odporu. V tomto případě musí být brána v úvahu orientace stěn ke světovým stranám, aby se vzalo v úvahu jejich vytápění ve dne, jakož i proražení stavebních konstrukcí.
- U podlah je tato technika stejná, ale bere v úvahu přítomnost podkrovního prostoru a způsob jeho provozu. Rovněž se teplota místnosti bere jako hodnota o 3-5 ° C vyšší, vypočtená vlhkost se také zvýší o 5-10%.
- Tepelné ztráty podlahou se počítají zonálně, popisující pásy po obvodu budovy. Důvodem je skutečnost, že teplota půdy pod podlahou je ve středu budovy vyšší než základová část.
- Tepelný tok zasklením je určen údaji o pasech oken, je také třeba vzít v úvahu typ opěry oken ke stěnám a hloubku svahů.
Q = S (?T / Rt)
Kde:
- Q – tepelné ztráty, W;
- S – plocha stěny, m2;
- ?T – teplotní rozdíl uvnitř a vně místnosti, ° С;
- Rt – odolnost proti přenosu tepla, m2° С / W.
Příklad výpočtu
Než přejdeme na ukázkový příklad, odpovězme na poslední otázku: jak správně spočítat integrální tepelný odpor složitých vícevrstvých struktur? To samozřejmě lze provést ručně, protože v moderní konstrukci není mnoho typů nosných základen a izolačních systémů. Je však poměrně obtížné brát v úvahu přítomnost dekorativních povrchových úprav, vnitřní a fasádní omítky, stejně jako vliv všech přechodných a dalších faktorů, je lepší používat automatizované výpočty. Jedním z nejlepších síťových zdrojů pro takové úkoly je smartcalc.ru, který navíc kreslí diagram posunu rosného bodu v závislosti na klimatických podmínkách.
Vezměme si například libovolnou budovu, po prostudování popisu, který bude čtenář schopen posoudit sadu počátečních dat potřebných pro výpočet. V oblasti Leningradu se nachází jednopatrový dům pravidelného pravoúhlého tvaru o rozměrech 8,5 x 10 ma výšce stropu 3,1 m. Dům má neizolovanou podlahu na zemi s prkny na kládě se vzduchovou mezerou, výška podlahy je o 0,15 m vyšší než je územní plán na místě. Materiál stěny – monolit struska o tloušťce 42 cm s vnitřní cemento-vápennou omítkou do 30 mm a vnější struska-cementová omítka typu „kožich“ až do tloušťky 50 mm. Celková plocha zasklení – 9,5 m2, Jako okna byla použita jednotka s dvojitým zasklením v tepelně úsporném profilu s průměrným tepelným odporem 0,32 m2° С / W. Překrytí bylo provedeno na dřevěných trámech: dno bylo omítnuto podél šindelů, vyplněno vysokopecní struskou a nahoře pokryto hliněným potěrem, nad stropem byla studená podkroví. Úkolem výpočtu tepelných ztrát je vytvoření systému tepelné ochrany stěn.
Podlaha
Prvním krokem je stanovení tepelných ztrát přes podlahu. Protože jejich podíl na celkovém odtoku tepla je nejmenší a také kvůli velkému počtu proměnných (hustota a typ půdy, hloubka mrazu, masivita nadace atd.), Je výpočet tepelné ztráty prováděn zjednodušenou metodou za použití snížené odolnosti proti přenosu tepla. Po obvodu budovy, počínaje linií kontaktu s povrchem země, jsou popsány čtyři zóny – obvodové pruhy široké 2 metry. Pro každou zónu se vezme jeho vlastní hodnota snížené odolnosti proti přenosu tepla. V našem případě existují tři zóny o rozloze 74, 26 a 1 m2. Nenechte se zmást celkovým součtem ploch zón, což je více než plocha budovy o 16 m2, důvodem je dvojí přepočet protínajících se proužků první zóny v rozích, kde je tepelná ztráta mnohem vyšší ve srovnání se sekcemi podél stěn. Použití hodnot odporu přenosu tepla 2,1, 4,3 a 8,6 m2° С / W pro zóny jedna až tři, stanovíme tepelný tok v každé zóně: 1,23, 0,21 a 0,05 kW.
Stěny
Pomocí údajů o terénu, jakož i materiálů a tloušťky vrstev, které tvoří stěny, musíte vyplnit výše uvedená příslušná pole ve službě smartcalc.ru. Podle výsledků výpočtu se ukázalo, že odpor přenosu tepla je roven 1,13 m2° С / W a tepelný tok stěnou je 18,48 W na metr čtvereční. S celkovou plochou stěny (kromě zasklení) 105,2 m2 celková tepelná ztráta stěnami je 1,95 kW / h. V tomto případě bude tepelná ztráta okny 1,05 kW.
Překrývání a střecha
Výpočet tepelné ztráty v podkroví lze také provést v online kalkulačce výběrem požadovaného typu uzavíracích struktur. V důsledku toho je podlahová odolnost proti přenosu tepla 0,66 m2° С / W a tepelné ztráty jsou 31,6 W na metr čtvereční, tj. 2,7 kW z celé plochy obklopující konstrukce.
Celková tepelná ztráta podle výpočtů činí 7,2 kWh. Při dostatečně nízké kvalitě stavebních konstrukcí je tento ukazatel zjevně mnohem nižší než ten skutečný. Ve skutečnosti je takový výpočet idealizovaný, nebere v úvahu speciální koeficienty, proudění vzduchu, konvekční složku přenosu tepla, ztráty ventilací a vstupní dveře. Ve skutečnosti díky špatné kvalitě oken, nedostatečné ochraně při opření střechy na Mauerlat a špatné hydroizolaci stěn od základu mohou být skutečné tepelné ztráty 2 nebo dokonce 3krát vyšší než vypočtená. Nicméně i základní studie tepelného inženýrství pomáhají určit, zda konstrukce domu ve výstavbě splní hygienické standardy alespoň v první aproximaci..
Tepelné ztráty doma
Nakonec vám dáme jedno důležité doporučení: pokud opravdu chcete získat úplné pochopení tepelné fyziky konkrétní budovy, musíte použít porozumění principům popsaným v této recenzi a odborné literatuře. Například v této věci může být velmi užitečnou referenční příručka Elena Malyavina „Tepelné ztráty budovy“, kde je podrobně vysvětlena specifika procesů tepelného inženýrství, jsou uvedeny odkazy na potřebné regulační dokumenty, příklady výpočtů a všechny potřebné referenční informace..
Mohu se zeptat, jaký je postup při výpočtu tepelných ztrát soukromého domu? A mohli byste uvést nějaké příklady výpočtů, které by mi pomohly lépe porozumět této problematice? Děkuji!