Cálculo termotécnico de um edifício: especificações e fórmulas para a realização de cálculos + exemplos práticos

Durante a operação do edifício, o superaquecimento e o congelamento são indesejáveis. Determinar o meio termo permitirá o cálculo da engenharia térmica, que não é menos importante do que o cálculo da lucratividade, força, resistência ao fogo, durabilidade.

Com base em padrões de engenharia de calor, características climáticas, permeabilidade ao vapor e à umidade, é realizada a escolha de materiais para a construção de estruturas anexas. Como realizar esse cálculo, consideramos no artigo.

O objetivo do cálculo de engenharia de calor

Depende muito das características térmicas da vedação principal do edifício. É a umidade dos elementos estruturais e os indicadores de temperatura que afetam a presença ou ausência de condensação nas divisórias e tetos interiores.

O cálculo mostrará se as características estáveis ​​de temperatura e umidade são mantidas nas temperaturas mais e menos. A lista dessas características também inclui um indicador como a quantidade de calor perdida pela envolvente do edifício no período frio.

Você não pode começar a projetar sem ter todos esses dados. Com base neles, escolha a espessura das paredes e pisos, a sequência de camadas.

De acordo com os regulamentos da GOST 30494-96, os valores de temperatura internos. Em média, é 21⁰. Ao mesmo tempo, a umidade relativa deve permanecer em uma estrutura confortável, e essa é uma média de 37%. A maior velocidade de movimento da massa de ar - 0,15 m / s

O cálculo da engenharia de calor visa determinar:

1. Os projetos são idênticos aos requisitos estabelecidos em termos de proteção térmica?
2. O microclima confortável dentro do edifício é tão garantido?
3. É garantida a proteção térmica ideal das estruturas?

O princípio principal é manter um equilíbrio da diferença nos indicadores de temperatura da atmosfera das estruturas internas de cercas e salas. Se isso não for observado, essas superfícies absorverão calor e, dentro da temperatura, permanecerá muito baixa.

Mudanças no fluxo de calor não devem afetar significativamente a temperatura interna.Essa característica é chamada resistência ao calor.

Ao realizar um cálculo térmico, são determinados os limites ótimos (mínimo e máximo) das dimensões das paredes e pisos em espessura. Isso garante a operação do edifício por um longo período, sem congelamento extremo das estruturas e superaquecimento.

Parâmetros para realizar cálculos

Para executar o cálculo do calor, você precisa dos parâmetros iniciais.

Eles dependem de várias características:

1. Destino do edifício e seu tipo.
2. Orientações de envelopes verticais de construção em relação à orientação para os pontos cardeais.
3. Os parâmetros geográficos da futura casa.
4. O volume do edifício, seu número de andares, área.
5. Tipos e dados dimensionais de portas, aberturas de janelas.
6. Tipo de aquecimento e seus parâmetros técnicos.
7. O número de residentes permanentes.
8. Material das estruturas de fechamento verticais e horizontais.
9. Sobrepondo o piso superior.
10. Equipado com água quente.
11. Tipo de ventilação.

Outras características estruturais da estrutura são levadas em consideração no cálculo. A permeabilidade ao ar dos envelopes de construção não deve contribuir para o resfriamento excessivo dentro da casa e reduzir as características de proteção térmica dos elementos.

A perda de calor causa o alagamento das paredes e, além disso, isso leva à umidade, afetando adversamente a durabilidade do edifício.

No processo de cálculo, em primeiro lugar, são determinados os dados de engenharia térmica dos materiais de construção, a partir dos quais é feito o envelope da construção. Além disso, a resistência reduzida à transferência de calor e a conformidade com seu valor normativo estão sujeitas a determinação.

Fórmulas para calcular

Vazamentos de calor perdidos pela casa podem ser divididos em duas partes principais: perdas através de envelopes de construção e perdas causadas pelo funcionamento sistema de ventilação. Além disso, o calor é perdido quando a água quente é descarregada no sistema de esgoto.

Perdas com envelopes de construção

Para os materiais que compõem as estruturas envolventes, é necessário encontrar o valor do índice de condutividade térmica Kt (W / m x grau). Eles estão nos diretórios relevantes.

Agora, conhecendo a espessura das camadas, de acordo com a fórmula: R = S / CTcalcule a resistência térmica de cada unidade. Se o design for multicamada, todos os valores obtidos serão somados.

As dimensões da perda de calor são determinadas com mais facilidade adicionando os fluxos de calor através das estruturas anexas que realmente formam este edifício

Guiados por essa técnica, leve em consideração o momento em que os materiais que compõem a estrutura possuem uma estrutura diferente. Também é levado em consideração que o fluxo de calor que passa por eles tem diferentes especificidades.

Para cada projeto individual, a perda de calor é determinada pela fórmula:

Q = (A / R) x dT

Aqui:

• A - área em m².
• R é a resistência do projeto à transferência de calor.
• dT é a diferença de temperatura entre o exterior e o interior. Deve ser determinado para o período mais frio de 5 dias.

Executando o cálculo dessa maneira, você pode obter o resultado apenas para o período mais frio de cinco dias. A perda total de calor para toda a estação fria é determinada levando em consideração o parâmetro dT, levando em consideração a temperatura, não a mais baixa, mas a média.

O grau em que o calor é absorvido, bem como a transferência de calor, depende da umidade do clima na região. Por esse motivo, mapas de umidade são usados ​​nos cálculos.

Em seguida, calcule a quantidade de energia necessária para compensar a perda de calor que passou pelo invólucro do edifício e pela ventilação. É indicado por W.

Existe uma fórmula para isso:

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

N é a duração do período de aquecimento em dias.

As desvantagens de calcular a área

O cálculo baseado no indicador de área não é muito preciso. Aqui, parâmetros como clima, indicadores de temperatura, mínimo e máximo, umidade, não são levados em consideração. Devido a ignorar muitos pontos importantes, o cálculo apresenta erros significativos.

Muitas vezes, tentando bloqueá-los, o projeto fornece "estoque".

No entanto, se você escolheu esse método para cálculo, considere as seguintes nuances:

1. Com uma altura de cercas verticais de até três metros e a presença de não mais de duas aberturas em uma superfície, é melhor multiplicar por 100 watts.
2. Se o projeto possui uma varanda, duas janelas ou uma varanda são multiplicadas por uma média de 125 watts.
3. Quando as instalações são industriais ou armazém, é usado um multiplicador de 150W.
4. Se os radiadores estiverem localizados perto das janelas, sua capacidade de projeto será aumentada em 25%.

A fórmula da área é:

Q = S x 100 (150) W.

Aqui Q é um nível confortável de calor no edifício, S é a área com aquecimento em m². Números 100 ou 150 - a quantidade específica de energia térmica gasta no aquecimento de 1 m².

Perdas por ventilação doméstica

O parâmetro chave neste caso é a taxa de câmbio aéreo. Desde que as paredes da casa sejam permeáveis ​​ao vapor, esse valor é igual à unidade.

A penetração de ar frio na casa é realizada pela ventilação de suprimento. A ventilação de exaustão contribui para a saída de ar quente. Reduz perdas através da ventilação do trocador de calor. Ele não permite que o calor escape junto com o ar de exaustão e ele aquece os fluxos de entrada

Ele fornece uma atualização completa do ar dentro do edifício em uma hora. Os edifícios construídos de acordo com o padrão DIN possuem paredes com barreira contra vapor, portanto, aqui a taxa de troca de ar é de dois.

Existe uma fórmula pela qual a perda de calor através de um sistema de ventilação é determinada:

Qw = (V x Qu: 3600) x P x C x dT

Aqui, os símbolos indicam o seguinte:

1. Q - perda de calor.
2. V é o volume da sala em mᶾ.
3. P é a densidade do ar. seu valor é considerado igual a 1,2047 kg / mᶾ.
4. Kv - a taxa de câmbio aéreo.
5. C é o calor específico. É igual a 1005 J / kg x C.

Com base nos resultados deste cálculo, é possível determinar a potência do gerador de calor do sistema de aquecimento. Se o valor da energia for muito alto, a situação poderá se tornar uma saída. unidade de ventilação com recuperador. Vejamos alguns exemplos de casas feitas de materiais diferentes.

Um exemplo de cálculo de engenharia de calor n ° 1

Calculamos um edifício residencial localizado em 1 região climática (Rússia), subárea 1B. Todos os dados são obtidos da tabela 1 do SNiP 23-01-99. A temperatura mais baixa observada por cinco dias com uma segurança de 0,92 - tn = -22⁰С.

De acordo com o SNiP, o período de aquecimento (zop) dura 148 dias. A temperatura média durante o período de aquecimento com índices diários diários de temperatura do ar na rua é de 8⁰ - tot = -2,3⁰. A temperatura externa durante a estação de aquecimento é tht = -4,4⁰.

A perda de calor em casa é o momento mais importante na fase de design. A escolha dos materiais de construção e do isolamento depende dos resultados do cálculo. Não há perdas zero, mas procure garantir que elas sejam o mais conveniente possível.

A condição é estipulada que a temperatura de 22 dias deve ser fornecida nos quartos da casa. A casa tem dois pisos e paredes com uma espessura de 0,5 m. Sua altura é de 7 m, as dimensões em planta são 10 x 10 m. O material da parede vertical é cerâmica quente. Para isso, o coeficiente de condutividade térmica é de 0,16 W / m x C.

Utilizou-se lã mineral como isolamento externo, com 5 cm de espessura. O valor da TC para ela é de 0,04 W / m x C. O número de aberturas de janelas na casa é de 15 peças. 2,5 m² cada.

Perda de calor através das paredes

Antes de tudo, é necessário determinar a resistência térmica da parede de cerâmica e do isolamento. No primeiro caso, R1 = 0,5: 0,16 = 3,125 sq. mx C / W. No segundo - R2 = 0,05: 0,04 = 1,25 sq. mx C / W. Em geral, para um envelope de construção vertical: R = R1 + R2 = 3,125 + 1,25 = 4,375 sq. mx C / W.

Como a perda de calor tem uma relação diretamente proporcional com a área do envelope do edifício, calculamos a área das paredes:

A = 10 x 4 x 7 - 15 x 2,5 = 242,5 m²

Agora você pode determinar a perda de calor através das paredes:

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

As perdas de calor através de paredes horizontais são calculadas da mesma maneira. Como resultado, todos os resultados são resumidos.

Se houver um porão, a perda de calor através da fundação e do piso será menor, pois a temperatura do solo e não do ar externo está envolvida no cálculo.

Se o porão sob o piso do primeiro andar for aquecido, o piso não poderá ser isolado.As paredes do porão ainda são melhor revestidas com isolamento, para que o calor não caia no chão.

Determinação de perdas por ventilação

Para simplificar o cálculo, não leve em consideração a espessura das paredes, mas simplesmente determine o volume de ar no interior:

V = 10х10х7 = 700 mᶾ.

Com uma multiplicidade de troca de ar Kv = 2, a perda de calor será:

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

Se Kv = 1:

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

A ventilação eficaz de edifícios residenciais é fornecida por recuperadores rotativos e de placas. A eficiência do primeiro é maior, chega a 90%.

Um exemplo de cálculo de engenharia de calor n ° 2

É necessário calcular as perdas através de uma parede de tijolos com 51 cm de espessura e isolado com uma camada de 10 cm de lã mineral. Fora - 18⁰, dentro - 22⁰. As dimensões da parede são de 2,7 m de altura e 4 m de comprimento. A única parede externa da sala é orientada para o sul, não há portas externas.

Para tijolos, o coeficiente de condutividade térmica Kt = 0,58 W / m º C, para lã mineral - 0,04 W / m º C. Resistência térmica:

R1 = 0,51: 0,58 = 0,879 sq. mx C / W. R2 = 0,1: 0,04 = 2,5 quadrados. mx C / W. Em geral, para um envelope de construção vertical: R = R1 + R2 = 0.879 + 2.5 = 3.379 metros quadrados. mx C / W.

Área externa da parede A = 2,7 x 4 = 10,8 m²

Perda de calor através da parede:

Qc = (10.8: 3.379) x (22 - (-18)) = 127,9 W.

Para calcular as perdas pelas janelas, é usada a mesma fórmula, mas sua resistência térmica é normalmente indicada no passaporte e não é necessário calculá-la.

No isolamento térmico de uma casa, as janelas são um "elo fraco". Uma fração bastante grande do calor passa por eles. Janelas com vidros duplos multicamadas, filmes refletores de calor e quadros duplos reduzirão as perdas, mas mesmo isso não ajudará a evitar completamente as perdas de calor

Se as janelas da casa com dimensões de 1,5 x 1,5 m² economizam energia, orientadas para o norte e a resistência térmica é de 0,87 m2 ° C / W, as perdas serão:

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

Um exemplo de cálculo de engenharia de calor n ° 3

Realizaremos um cálculo térmico de um edifício de madeira com uma fachada erguida a partir de troncos de pinheiro com uma espessura de 0,22 M. O coeficiente para este material é K = 0,15. Nessa situação, a perda de calor será de:

R = 0,22: 0,15 = 1,47 m² x ⁰C / W.

A temperatura mais baixa de cinco dias é -18⁰, para maior conforto da casa, a temperatura é ajustada para 21⁰. A diferença é 39⁰. Se prosseguirmos em uma área de 120 m², obtemos o resultado:

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

Para comparação, determinamos a perda de uma casa de tijolos. O coeficiente para o tijolo de silicato é 0,72.

R = 0,22: 0,72 = 0,306 m² x ⁰C / W.
Qs = 120 x 39: 0,306 = 15.294 watts.

Nas mesmas condições, uma casa de madeira é mais econômica. Tijolos de silicato para paredes não são adequados aqui.

A estrutura de madeira tem uma alta capacidade de aquecimento. Suas estruturas anexas mantêm uma temperatura confortável por um longo tempo. No entanto, mesmo uma casa de madeira precisa ser isolada e é melhor fazer isso por dentro e por fora

Construtores e arquitetos recomendam fazer consumo de calor durante o aquecimento para a seleção competente de equipamentos e, na fase de projeto da casa, selecionar o sistema de isolamento adequado.

Exemplo de cálculo de calor n ° 4

A casa será construída na região de Moscou. Para o cálculo, foi tomada uma parede criada a partir de blocos de espuma. Como o isolamento é aplicado espuma de poliestireno extrudado. Acabamento da estrutura - gesso de ambos os lados. Sua estrutura é calcária e arenosa.

O poliestireno expandido possui uma densidade de 24 kg / m².

A umidade relativa do ar na sala é de 55% a uma temperatura média de 20⁰. Espessura da camada:

• gesso - 0,01 m;
• espuma de concreto - 0,2 m;
• espuma de poliestireno - 0,065 m.

A tarefa é encontrar a resistência necessária à transferência de calor e a resistência real. O Rtr necessário é determinado substituindo os valores na expressão:

Rtr = a x GSOP + b

onde GOSP é o grau-dia da estação de aquecimento, e a e b são os coeficientes retirados da tabela No. 3 do Código de Regras 50.13330.2012. Como o edifício é residencial, a é 0,00035, b = 1,4.

O GSOP é calculado pela fórmula obtida no mesmo SP:

GOSP = (tv - tot) x zot.

Nesta fórmula, tv = 20⁰, tf = -2,2⁰, zf - 205 - o período de aquecimento em dias. Portanto:

GSOP = (20 - (-2,2)) x 205 = 4551 × x dia.;

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

Usando a tabela nº 2 SP50.13330.2012, determine a condutividade térmica para cada camada da parede:

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

A resistência condicional total à transferência de calor Ro, igual à soma das resistências de todas as camadas. Calcule-o pela fórmula:

Esta fórmula é retirada de SP 50.13330.2012.Aqui 1 / av é a contração à percepção de calor das superfícies internas. 1 / pt - o mesmo externo, δ / λ - resistência da camada térmica

Substituindo os valores, receba: = 2,54 m2 ° C / W. Rf é determinado multiplicando Ro por um coeficiente r igual a 0,9:

Rf = 2,54 x 0,9 = 2,3 m2 x ° C / W.

O resultado obriga a alterar o design do elemento envolvente, pois a resistência térmica real é menor que a calculada.

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Os cálculos de engenharia térmica estão diretamente relacionados à definição de ponto de orvalho. Você aprenderá o que é e como encontrar seu valor no artigo que recomendamos.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Executando um cálculo de engenharia de calor usando uma calculadora on-line:

O cálculo correto da engenharia de calor:

Um cálculo competente de engenharia de calor permitirá avaliar a eficácia do isolamento dos elementos externos da casa, para determinar a potência do equipamento de aquecimento necessário.

Como resultado, você pode economizar na compra de materiais e aparelhos de aquecimento. É melhor saber com antecedência se o equipamento pode lidar com o aquecimento e o condicionamento do edifício do que comprar tudo aleatoriamente.

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