Toplinski proračun zgrade: specifičnost i formule izvođenja izračuna + praktični primjeri

Tijekom eksploatacije zgrade nije poželjno ni pregrijavanje ni smrzavanje. Odrediti zlatnu sredinu omogućit će toplinski proračun, koji nije ništa manje važan od izračuna ekonomičnosti, čvrstoće, otpornosti na vatru i trajnosti.

Na temelju toplinskih normi, klimatskih karakteristika, paropropusnosti i vlagopropusnosti vrši se odabir materijala za izgradnju ogradnih konstrukcija. Kako izvršiti ovaj proračun, razmotrit ćemo u članku.

Svrha toplinskog proračuna

Od toplinskih značajki glavnih ograda zgrade ovisi mnogo toga. To uključuje vlažnost konstrukcijskih elemenata i temperaturne pokazatelje koji utječu na prisutnost ili odsutnost kondenzata na međusobnim pregradama i stropovima.

Proračun će pokazati hoće li se održavati stabilne temperaturne i vlažne karakteristike pri pozitivnim i negativnim temperaturama. Popis tih karakteristika uključuje i pokazatelj poput količine topline koju gube ogradne konstrukcije zgrade u hladnom razdoblju.

Ne može se započeti projektiranje bez svih ovih podataka. Oslanjajući se na njih, odabire se debljina zidova i stropova te slijed slojeva.

Prema propisu GOST 30494-96, temperaturne vrijednosti unutar prostorija. U prosjeku iznose 21⁰. Pritom relativna vlažnost mora biti u ugodnim granicama, što je u prosjeku 37%. Najveća brzina kretanja zraka je 0,15 m/s.

Toplinski proračun postavlja pred sebe ciljeve odrediti:

1. Jesu li konstrukcije identične zahtjevima s gledišta toplinske zaštite?
2. Koliko je u potpunosti osigurana ugodna mikroklima unutar zgrade?
3. Je li osigurana optimalna toplinska zaštita konstrukcija?

Osnovno načelo je održavanje ravnoteže razlike temperaturnih pokazatelja atmosfere unutarnjih konstrukcija ograda i prostorija. Ako se to ne poštuje, toplinu će apsorbirati te površine, a unutrašnja temperatura ostat će vrlo niska.

Na unutarnju temperaturu ne bi trebale značajno utjecati promjene toplinskog toka. Ovu karakteristiku nazivamo toplinskom otpornošću.

Provođenjem toplinskog proračuna odreduju se optimalne granice (minimalna i maksimalna) dimenzija zidova i stropova po debijini. To jamči rad zgrade tijekom dugog razdoblja bez ekstremnog smrzavanja konstrukcija i pregrijavanja.

Parametri za izvođenje proračuna

Da bi se izveo toplinski proračun, potrebni su početni parametri.

Ovise o nizu karakteristika:

1. Namjene građevine i njezina tipa.
2. Orijentacije vertikalnih ogradnih konstrukcija u odnosu na strane svijeta.
3. Geografskih parametara buduće kuće.
4. Volumena zgrade, njezine katnosti, površine.
5. Tipova i dimenzijskih podataka vratnih i prozorskih otvora.
6. Vrste grijanja i njezinih tehničkih parametara.
7. Broja stalnih stanara.
8. Materijala vertikalnih i horizontalnih ogradnih konstrukcija.
9. Stropa gornjeg kata.
10. Opremljenosti toplom vodom.
11. Vrste ventilacije.

U proračun se uzimaju i druge konstruktivne značajke građevine. Propusnost zraka ogradnih konstrukcija ne smije doprinositi pretjeranom hlađenju unutar kuće i smanjivati toplinsko-zaštitna svojstva elemenata.

Gubitke topline uzrokuje i prekomjerna vlažnost zidova, a osim toga, to povlači vlagu koja negativno utjeće na trajnost zgrade.

U procesu proračuna, prije svega, odreduju se toplinsko-tehnički podaci građevinskih materijala od kojih se izrađuju ogradni elementi građevine. Osim toga, potrebno je odrediti reducirani otpor prijenosu topline i nje govu usklađenost s normativnom vrijednošću.

Formule za izvođenje proračuna

Gubitke topline koje kuća gubi mogu se podijeliti na dva glavna dijela: gubitke kroz ogradne konstrukcije i gubitke uzrokovane radom ventilacijskog sustava. Osim toga, toplina se gubi ispuštanjem tople vode u kanalizacijski sustav.

Gubici kroz ogradne konstrukcije

Za materijale od kojih su izrađene ogradne konstrukcije, potrebno je pronaći vrijednost koeficijenta toplinske vodljivosti Kt (W/m x stupanj). Oni se nalaze u odgovarajućim priručnicima.

Sada, znajući debljinu slojeva, pomoću formule: R = S/Kt, izračunava se toplinski otpor svake jedinice. Ako je konstrukcija višeslojna, sve dobivene vrijednosti se zbrajaju.

Veličinu toplinskih gubitaka najlakše je odrediti zbrajanjem toplinskih tokova kroz ogradne konstrukcije koje zapravo čine ovu zgradu.

Slijedeći takvu metodologiju, uzima se u obzir da materijali koji čine konstrukcije imaju nejednaku strukturu. Također se uzima u obzir da toplinski tok koji prolazi kroz njih ima različite specifičnosti.

Za svaku pojedinu konstrukciju toplinski gubici odreduju se prema formuli:

Q = (A / R) x dT

Ovdje:

• A — površina u m².
• R — otpor konstrukcije prijenosu topline.
• dT — razlika temperature izvana i iznutra. Treba je odrediti za najhladnije 5-dnevno razdoblje.

Provedbom izračuna na ovaj način, rezultat se dobiva samo za najhladnije petodnevno razdoblje. Ukupni toplinski gubici za cijelu hladnu sezonu određuju se uzimanjem parametra dT, pri čemu se uzima prosječna, a ne najniža temperatura.

U kojoj se mjeri apsorbira toplina, kao i toplinska predaja, ovisi o vlažnosti klime u regiji. Iz tog razloga se u proračunima koriste karte vlažnosti.

Zatim se izračunava količina energije potrebne za nadoknadu gubitaka topline koji su otišli kako kroz ogradne konstrukcije, tako i kroz ventilaciju. Označava se simbolom W.

Za to postoji formula:

W = ((Q + Qv) × 24 × N)/1000

U njoj N označava trajanje razdoblja grijanja u danima.

Nedostaci proračuna po površini

Izračun temeljen na pokazatelju površine ne odlikuje se velikom točnošću. Ovdje nije uzet u obzir parametar poput klime, temperaturnih pokazatelja, minimalnih i maksimalnih, te vlažnosti. Zbog zanemarivanja mnogih važnih čimbenika, izračun ima značajne pogreške.

Često ih nastojeći nadoknaditi, u projektu se predviđa 'pričuva'.

Ako se ipak za izračun odabere ova metoda, potrebno je uzeti u obzir sljedeće nijanse:

1. Pri visini vertikalnih ograda do tri metra i prisutnosti najviše dva otvora na jednoj površini, rezultat je bolje pomnožiti sa 100 W.
2. Ako projekt uključuje balkon, dva prozora ili lođu, u prosjeku se množi sa 125 W.
3. Kada su prostorije industrijske ili skladišne, primjenjuje se množitelj od 150 W.
4. U slučaju smještaja radijatora u blizini prozora, njihova projektna snaga povećava se za 25%.

Formula za površinu ima oblik:

Q = S × 100 (150) W.

Ovdje Q označava ugodnu razinu topline u zgradi, S je grijana površina u m². Brojevi 100 ili 150 su specifična vrijednost toplinske energije koja se troši za grijanje 1 m².

Gubici kroz ventilaciju kuće

Ključni parametar u ovom slučaju je stupanj izmjene zraka. Pod uvjetom da su zidovi kuće paropropusni, ta vrijednost iznosi jedan.

Prodiranje hladnog zraka u kuću ostvaruje se kroz dovodnu ventilaciju. Odvodna ventilacija potiče odlazak toplog zraka. Gubitke kroz ventilaciju smanjuje rekuperator-izmjenjivač topline. On ne dopušta odlazak topline s izlaznim zrakom, a ulazne struje zagrijava.

Predviđa se potpuna obnova zraka unutar zgrade u jednom satu. Zgrade izgrađene prema standardu DIN imaju zidove s parnom branom, pa se ovdje stupanj izmjene zraka uzima kao dva.

Postoji formula pomoću koje se određuju toplinski gubici kroz ventilacijski sustav:

Qv = (V × Kv : 3600) × P × C × dT

Ovdje simboli označavaju sljedeće:

1. Qv — toplinski gubici.
2. V — volumen prostorije u m³.
3. P — gustoća zraka. Njezina vrijednost uzima se kao 1,2047 kg/m³.
4. Kv — stupanj izmjene zraka.
5. C — specifični toplinski kapacitet. On iznosi 1005 J/(kg·°C).

Na temelju ovog izračuna može se odrediti snaga generatora topline sustava grijanja. U slučaju previsoke vrijednosti snage, rješenje može biti uređaj za ventilaciju s rekuperatorom. Pogledajmo nekoliko primjera za kuće od različitih materijala.

Primjer toplinskog proračuna br. 1

Izračunajmo stambenu zgradu koja se nalazi u 1. klimatskoj regiji (Rusija), podregija 1B. Svi podaci preuzeti su iz tablice 1 SNiP 23-01-99. Najhladnija temperatura koja se opaža tijekom pet dana s vjerojatnošću 0,92 je tn = -22°C.

U skladu sa SNiP-om, razdoblje grijanja (zop) traje 148 dana. Prosječna temperatura tijekom razdoblja grijanja pri prosječnim dnevnim temperaturama vanjskog zraka od 8°C iznosi tot = -2,3°C. Vanjska temperatura u sezoni grijanja je tht = -4,4°C.

Toplinski gubici kuće ključni su u fazi njezina projektiranja. O rezultatima izračuna ovise i izbor građevinskih materijala i izolacije. Nulti gubici ne postoje, ali treba težiti tome da budu što je moguće svrhovitiji.

Dogovoren je uvjet da u sobama kuće treba osigurati temperaturu od 22°C. Kuća ima dva kata i zidove debljine 0,5 m. Visina je 7 m, tlocrtne dimenzije 10 x 10 m. Materijal vertikalnih ogradnih konstrukcija je topla keramika. Njezin koeficijent toplinske provodljivosti je 0,16 W/(m·°C).

Kao vanjska izolacija, debljine 5 cm, korištena je mineralna vuna. Njezina vrijednost Kt je 0,04 W/(m·°C). Broj prozorskih otvora u kući je 15 komada, svaki površine 2,5 m².

Toplinski gubici kroz zidove

Prije svega, potrebno je odrediti toplinski otpor keramičkog zida i izolacije. U prvom slučaju R1 = 0,5 : 0,16 = 3,125 m²·°C/W. U drugom – R2 = 0,05 : 0,04 = 1,25 m²·°C/W. Ukupno za vertikalnu ogradnu konstrukciju: R = R1 + R2 = 3,125 + 1,25 = 4,375 m²·°C/W.

Budući da su toplinski gubici izravno proporcionalni površini ogradnih konstrukcija, izračunavamo površinu zidova:

A = 10 x 4 x 7 – 15 x 2,5 = 242,5 m²

Sada možemo odrediti gubitke topline kroz zidove:

Qc = (242,5 : 4.375) x (22 – (-22)) = 2438,9 W.

Toplinski gubici kroz horizontalne ogradne konstrukcije izračunavaju se na sličan način. Na kraju se svi rezultati zbrajaju.

Ako postoji podrum, toplinski gubici kroz temelj i pod bit će manji jer u proračunu sudjeluje temperatura tla, a ne vanjski zrak.

Ako se podrum ispod poda prizemlja grije, pod se ne mora izolirati. Zidove podruma ipak je bolje obložiti izolacijom kako toplina ne bi odlazila u tlo.

Određivanje gubitaka kroz ventilaciju

Radi pojednostavljenja izračuna, ne uzima se u obzir debljina zidova, već se jednostavno određuje volumen zraka unutra:

V = 10 x 10 x 7 = 700 m³.

Uz stopu izmjene zraka Kv = 2, gubici topline iznose:

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

Ako je Kv = 1:

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

Učinkovitu ventilaciju stambenih zgrada osiguravaju rotacijski i pločasti rekuperatori. Učinkovitost prvih je veća, doseže 90%.

Primjer toplinskog proračuna br. 2

Potrebno je izvršiti proračun gubitaka kroz zid od opeke debljine 51 cm. Izoliran je 10-centimetarskim slojem mineralne vune. Vanjska temperatura je – 18⁰, unutarnja — 22⁰. Dimenzije zida su 2,7 m visine i 4 m duljine. Jedini vanjski zid prostorije orijentiran je prema jugu, nema vanjskih vrata.

Za opeku koeficijent toplinske vodljivosti Kt = 0,58 W/mºC, za mineralnu vunu — 0,04 W/mºC. Toplinski otpor:

R1 = 0,51 : 0,58 = 0,879 m² × °C/W. R2 = 0,1 : 0,04 = 2,5 m² × °C/W. Ukupno za vertikalnu ograđujuću konstrukciju: R = R1 + R2 = 0.879 + 2,5 = 3.379 m² × °C/W.

Površina vanjskog zida A = 2,7 × 4 = 10,8 m²

Gubitak topline kroz zid:

Qs = (10,8 : 3.379) × (22 – (–18)) = 127,9 W.

Za izračun gubitaka kroz prozore primjenjuje se ista formula, ali je njihov toplinski otpor u pravilu naveden u putovnici i ne treba ga izračunavati.

U toplinskoj izolaciji kuće prozori su 'slaba karika'. Kroz njih odlazi prilično veliki udio topline. Gubitke će smanjiti višeslojni stakleni paketi, toplinski reflektirajuće folije, dvostruki okviri, ali čak ni to neće pomoći da se u potpunosti izbjegnu gubici topline.

Ako u kući postoje prozori dimenzija 1,5 × 1,5 m², energetski učinkoviti, orijentirani prema sjeveru, a toplinski otpor iznosi 0,87 m²°C/W, tada će gubici biti:

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

Primjer toplinskog proračuna br. 3

Izvršit ćemo toplinski proračun drvene brvnare s fasadom izgrađenom od borovih trupaca debljine sloja 0,22 m. Koeficijent za ovaj materijal je K = 0,15. U ovoj situaciji gubici topline iznosit će:

R = 0,22 : 0,15 = 1,47 m² × °C/W.

Najniža temperatura petodnevnog razdoblja je -18⁰, za udobnost u kući zadana je temperatura 21⁰. Razlika će iznositi 39⁰. Ako se polazi od površine 120 m², dobiva se rezultat:

Qs = 120 × 39 : 1,47 = 3184 W.

Za usporedbu odredimo gubitke kuće od opeke. Koeficijent za silikatnu opeku je 0,72.

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

U istim uvjetima drvena kuća je ekonomičnija. Silikatna opeka za podizanje zidova ovdje uopće nije prikladna.

Drvena građevina ima visok toplinski kapacitet. Njezine ograđujuće konstrukcije dugo zadržavaju ugodnu temperaturu. Ipak, čak i brvnaru treba izolirati, i bolje je to učiniti i iznutra i izvana.

Građevinari i arhitekti preporučuju obavezno napraviti toplinski proračun pri uređenju grijanja za ispravan odabir opreme i u fazi projektiranja kuće za odabir odgovarajućeg sustava izolacije.

Primjer toplinskog proračuna br. 4

Kuća će biti izgrađena u Moskovskoj oblasti. Za izračun je uzet zid izrađen od pjenastih blokova. Kao izolacija korišten je ekstrudirani polistiren. Završna obrada konstrukcije je žbuka s obje strane. Njezina struktura je vapneno-pješčana.

Polistiren ima gustoću od 24 kg/m³.

Relativni pokazatelji vlažnosti zraka u prostoriji su 55% pri prosječnoj temperaturi od 20⁰. Debljina slojeva:

• žbuka — 0,01 m;
• pjenobeton — 0,2 m;
• polistiren — 0,065 m.

Zadatak je pronaći potrebni otpor prolazu topline i stvarni. Potrebno Rtr određuje se zamjenom vrijednosti u izraz:

Rtr=a x GSOP+b

gdje je GSOP broj stupnjeva-dana sezone grijanja, a i b su koeficijenti preuzeti iz tablice br. 3 Pravilnika 50.13330.2012. Budući da je zgrada stambena, a je 0,00035, b = 1,4.

GSOP se izračunava formulom preuzetom iz istog pravilnika:

GSOP = (tun – tgr) x zgr.

U ovoj formuli tun = 20⁰, tgr = -2,2⁰, zgr = 205 — razdoblje grijanja u danima. Stoga:

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

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

Koristeći tablicu br. 2 SP50.13330.2012, određuju se koeficijenti toplinske vodljivosti za svaki sloj zida:

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

Potpuni uvjetni otpor prolazu topline Ro jednak je zbroju otpora svih slojeva. Izračunava se po formuli:

Ova formula je preuzeta iz SP 50.13330.2012. Ovdje je 1/av otpor toplinskoj percepciji unutarnjih površina. 1/an je isto za vanjske, δ / λ je toplinski otpor sloja.

Nakon zamjene vrijednosti dobiva se: Ro uvj. = 2,54 m²°C/W. Rf se određuje množenjem Ro s koeficijentom r jednakim 0,9:

Rf = 2,54 x 0,9 = 2,3 m² x °C/W.

Rezultat obvezuje na izmjenu konstrukcije ogradnog elementa, jer je stvarni toplinski otpor manji od izračunatog.

Postoje mnoge računalne usluge koje ubrzavaju i pojednostavljuju izračune.

Toplinski proračuni izravno su povezani s određivanjem rosišta. Što je to i kako pronaći njegovu vrijednost saznajte iz našeg preporučenog članka.

Zaključci i koristan video na temu

Izvođenje toplinskog proračuna pomoću mrežnog kalkulatora:

Ispravan toplinski proračun:

Kvalitetan toplinski proračun omogućit će procjenu učinkovitosti izolacije vanjskih elemenata kuće i određivanje snage potrebne opreme za grijanje.

Kao rezultat, možete uštedjeti pri kupnji materijala i uređaja za grijanje. Bolje je unaprijed znati hoće li se oprema nositi s grijanjem i klimatizacijom zgrade, nego kupovati sve nasumce.

Ostavite, molimo, komentare, postavljajte pitanja, objavljujte fotografije na temu članka u bloku ispod. Ispričajte kako vam je toplinski proračun pomogao odabrati opremu za grijanje potrebne snage ili sustav izolacije. Nije isključeno da će vaše informacije biti korisne posjetiteljima stranice.