Calcolo della perdita di calore di una casa privata con esempi

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Affinché la tua casa non risulti essere una fossa senza fondo per i costi di riscaldamento, ti suggeriamo di studiare le direzioni di base della ricerca sull’ingegneria del calore e la metodologia di calcolo. Senza un calcolo preliminare della permeabilità termica e dell’accumulo di umidità, si perde l’intera essenza della costruzione di abitazioni.

Calcolo della perdita di calore di una casa privata con esempi

Fisica dei processi di ingegneria termica

Diverse aree della fisica hanno molto in comune nel descrivere i fenomeni che studiano. Lo stesso vale per l’ingegneria del calore: i principi che descrivono i sistemi termodinamici risuonano chiaramente con le basi dell’elettromagnetismo, dell’idrodinamica e della meccanica classica. Dopotutto, stiamo parlando di descrivere lo stesso mondo, quindi non sorprende che i modelli di processi fisici siano caratterizzati da alcune caratteristiche comuni in molte aree di ricerca..

L’essenza dei fenomeni termici è di facile comprensione. La temperatura di un corpo o il grado del suo riscaldamento non è altro che una misura dell’intensità di vibrazione delle particelle elementari che compongono questo corpo. Ovviamente, quando due particelle si scontrano, quella con il livello di energia più alto trasferirà l’energia alla particella con energia più bassa, ma mai viceversa. Tuttavia, questo non è l’unico modo di scambio di energia; la trasmissione è anche possibile per mezzo di quanti di radiazione termica. In questo caso, il principio di base è necessariamente preservato: un quanto emesso da un atomo meno riscaldato non è in grado di trasferire energia a una particella elementare più calda. Riflette semplicemente da esso e scompare senza lasciare traccia o trasferisce la sua energia su un altro atomo con meno energia.

Trasferimento di calore in solido

La termodinamica è buona perché i processi che si verificano in essa sono assolutamente visivi e possono essere interpretati sotto le spoglie di vari modelli. La cosa principale è osservare i postulati di base, come la legge del trasferimento di energia e l’equilibrio termodinamico. Quindi, se la tua idea è conforme a queste regole, puoi facilmente comprendere la tecnica dei calcoli dell’ingegneria del calore da e verso.

Resistenza al trasferimento di calore

La capacità di un materiale di trasferire calore si chiama conducibilità termica. Nel caso generale, è sempre maggiore, maggiore è la densità della sostanza e migliore è la sua struttura adattata per trasmettere oscillazioni cinetiche.

Confronto dell'efficienza energetica di diversi materiali da costruzioneConfronto dell’efficienza energetica di diversi materiali da costruzione

La resistenza termica è una quantità inversamente proporzionale alla conducibilità termica. Per ciascun materiale, questa proprietà assume valori univoci a seconda della struttura, della forma e di numerosi altri fattori. Ad esempio, l’efficienza del trasferimento di calore nello spessore dei materiali e nella zona del loro contatto con altri media può differire, specialmente se tra i materiali vi è almeno uno strato minimo di materia in uno stato aggregato diverso. La resistenza termica è espressa quantitativamente come differenza di temperatura divisa per la portata del calore:

Rt = (T2 – T1) / P

Dove:

  • Rt – resistenza termica del sito, K / W;
  • T2 – temperatura dell’inizio della sezione, K;
  • T1 – temperatura della fine della sezione, K;
  • P – flusso di calore, W.

Nel contesto del calcolo della perdita di calore, la resistenza termica svolge un ruolo decisivo. Qualsiasi struttura chiusa può essere rappresentata come un ostacolo piano-parallelo al percorso del flusso di calore. La sua resistenza termica totale è la somma delle resistenze di ogni strato, mentre tutte le partizioni vengono aggiunte a una struttura spaziale, che è, in effetti, un edificio.

Rt = l / (? S)

Dove:

  • Rt – resistenza termica della sezione del circuito, K / W;
  • l è la lunghezza della sezione del circuito di riscaldamento, m;
  • ? – coefficiente di conducibilità termica del materiale, W / (m · K);
  • S – sezione trasversale del sito, m2.

Fattori che influenzano la perdita di calore

I processi termici si correlano bene con quelli elettrici: la differenza di temperatura agisce nel ruolo della tensione, il flusso di calore può essere considerato come la forza della corrente, ma per resistenza non è nemmeno necessario inventare il proprio termine. Inoltre, il concetto di minima resistenza, che appare nell’ingegneria del riscaldamento come ponti freddi, è anche pienamente valido..

Se consideriamo un materiale arbitrario in sezione, è abbastanza facile stabilire il percorso del flusso di calore sia a livello micro che a livello macro. Come primo modello, prenderemo un muro di cemento, in cui, per necessità tecnologica, attraverso elementi di fissaggio sono realizzati con barre di acciaio di una sezione arbitraria. L’acciaio conduce il calore in qualche modo meglio del cemento, quindi possiamo distinguere tre flussi di calore principali:

  • attraverso il cemento
  • attraverso barre di acciaio
  • dalle barre d’acciaio al calcestruzzo

Perdita di calore attraverso ponti freddi in calcestruzzoPerdita di calore attraverso ponti freddi in calcestruzzo

L’ultimo modello di flusso di calore è molto interessante. Poiché la barra in acciaio si riscalda più velocemente, ci sarà una differenza di temperatura tra i due materiali più vicino all’esterno del muro. Pertanto, l’acciaio non solo “pompa” il calore da solo verso l’esterno, ma aumenta anche la conduttività termica delle masse adiacenti di calcestruzzo.

Nei media porosi, i processi termici procedono in modo simile. Quasi tutti i materiali da costruzione sono costituiti da una rete ramificata di solidi, lo spazio tra i quali è riempito d’aria. Pertanto, un materiale solido e denso funge da conduttore principale di calore, ma a causa della sua struttura complessa, il percorso lungo il quale il calore si propaga risulta essere più grande della sezione trasversale. Pertanto, il secondo fattore che determina la resistenza termica è l’eterogeneità di ogni strato e l’involucro dell’edificio nel suo insieme..

Riduzione della perdita di calore e spostamento del punto di rugiada nell'isolamento con isolamento esterno delle paretiRiduzione della perdita di calore e spostamento del punto di rugiada nell’isolamento con isolamento esterno delle pareti

Il terzo fattore che influenza la conducibilità termica è l’accumulo di umidità nei pori. L’acqua ha una resistenza termica 20–25 volte inferiore a quella dell’aria, quindi se riempie i pori, la conduttività termica complessiva del materiale diventa persino maggiore rispetto a se non ci fossero affatto pori. Quando l’acqua si congela, la situazione peggiora ulteriormente: la conduttività termica può aumentare fino a 80 volte. La fonte di umidità è di solito l’aria ambiente e le precipitazioni atmosferiche. Di conseguenza, i tre metodi principali per affrontare questo fenomeno sono l’impermeabilizzazione esterna delle pareti, l’uso della protezione dal vapore e il calcolo dell’accumulo di umidità, che viene necessariamente eseguito in parallelo con la previsione della perdita di calore..

Schemi di calcolo differenziati

Il modo più semplice per stabilire la quantità di perdita di calore in un edificio è sommare il flusso di calore attraverso le strutture che costituiscono l’edificio. Questa tecnica tiene pienamente conto della differenza nella struttura dei vari materiali, nonché delle specifiche del flusso di calore che li attraversa e nei nodi del moncone da un piano all’altro. Un approccio così dicotomico semplifica notevolmente il compito, poiché diverse strutture di chiusura possono differire in modo significativo nella progettazione dei sistemi di protezione termica. Di conseguenza, con uno studio separato, è più facile determinare la quantità di perdita di calore, perché per questo ci sono vari metodi di calcolo:

  • Per le pareti, le perdite di calore sono quantitativamente uguali all’area totale moltiplicata per il rapporto tra la differenza di temperatura e la resistenza termica. In questo caso, l’orientamento delle pareti verso i punti cardinali deve essere preso in considerazione per tener conto del loro riscaldamento durante il giorno, nonché del deflusso delle strutture dell’edificio.
  • Per i pavimenti, la tecnica è la stessa, ma tiene conto della presenza dello spazio della soffitta e del suo modo di operare. Inoltre, la temperatura ambiente viene aumentata di 3-5 ° C, l’umidità calcolata viene aumentata del 5-10%.
  • La perdita di calore attraverso il pavimento viene calcolata in modo zonale, descrivendo le cinture lungo il perimetro dell’edificio. Ciò è dovuto al fatto che la temperatura del suolo sotto il pavimento è più alta al centro dell’edificio rispetto alla parte di fondazione.
  • Il flusso di calore attraverso i vetri è determinato dai dati del passaporto delle finestre, è inoltre necessario tenere conto del tipo di pilastro delle finestre verso le pareti e della profondità delle pendenze.

Q = S (?T / Rt)

Dove:

  • Q – perdita di calore, W;
  • S – area della parete, m2;
  • ?T – differenza di temperatura all’interno e all’esterno della stanza, ° С;
  • Rt – resistenza al trasferimento di calore, m2° С / O.

Esempio di calcolo

Prima di passare all’esempio dimostrativo, rispondiamo all’ultima domanda: come calcolare correttamente la resistenza termica integrale di strutture multistrato complesse? Questo, ovviamente, può essere fatto a mano, poiché non ci sono molti tipi di basi portanti e sistemi di isolamento utilizzati nelle costruzioni moderne. Tuttavia, è piuttosto difficile tenere conto della presenza di finiture decorative, intonaco interno e della facciata, nonché dell’influenza di tutti i transitori e di altri fattori; è meglio utilizzare calcoli automatici. Una delle migliori risorse di rete per tali compiti è smartcalc.ru, che disegna inoltre un diagramma di spostamento del punto di rugiada a seconda delle condizioni climatiche.

Calcolatore online di ingegneria termica per la costruzione di buste

Ad esempio, prendiamo un edificio arbitrario, dopo aver studiato la descrizione di cui il lettore sarà in grado di giudicare l’insieme dei dati iniziali richiesti per il calcolo. C’è una casa a un piano di forma rettangolare regolare con dimensioni di 8,5×10 me un’altezza del soffitto di 3,1 m, situata nella regione di Leningrado. La casa ha un pavimento non isolato sul terreno con assi su tronchi con intercapedine d’aria, l’altezza del pavimento è di 0,15 m più alta del segno di pianificazione del terreno sul sito. Materiale murale: monolite di scorie di 42 cm di spessore con intonaco di cemento-calce interno fino a 30 mm di spessore e intonaco di scorie di cemento “tipo pelliccia” esterno di spessore fino a 50 mm. Superficie vetrata totale – 9,5 m2, come finestre è stata utilizzata un’unità a doppi vetri in un profilo a risparmio termico con una resistenza termica media di 0,32 m2° С / W. La sovrapposizione era fatta su travi di legno: il fondo era intonacato lungo le scandole, riempito con scorie di altoforno e coperto con un massetto di argilla in cima, sopra il soffitto c’era una soffitta a freddo. Il compito di calcolare la perdita di calore è la formazione di un sistema di protezione termica delle pareti.

Pavimento

Il primo passo è determinare la perdita di calore attraverso il pavimento. Poiché la loro quota nel deflusso di calore totale è la più piccola, e anche a causa di un gran numero di variabili (densità e tipo di terreno, profondità di congelamento, massività della fondazione, ecc.), Il calcolo della perdita di calore viene effettuato secondo un metodo semplificato utilizzando la ridotta resistenza al trasferimento di calore. Lungo il perimetro dell’edificio, a partire dalla linea di contatto con la superficie del terreno, sono descritte quattro zone: strisce circondanti di 2 metri di larghezza. Per ciascuna delle zone, viene preso il proprio valore della resistenza ridotta al trasferimento di calore. Nel nostro caso, ci sono tre zone con un’area di 74, 26 e 1 m2. Non essere confuso dalla somma totale delle aree delle zone, che è superiore alla superficie dell’edificio di 16 m2, la ragione di ciò è il doppio ricalcolo delle strisce intersecanti della prima zona negli angoli, dove la perdita di calore è molto più elevata rispetto alle sezioni lungo le pareti. Applicazione di valori di resistenza al trasferimento di calore di 2,1, 4,3 e 8,6 m2° С / W per le zone da una a tre, determiniamo il flusso di calore attraverso ciascuna zona: rispettivamente 1,23, 0,21 e 0,05 kW.

Walls

Utilizzando i dati del terreno, nonché i materiali e lo spessore degli strati che formano le pareti, è necessario compilare i campi appropriati sul servizio smartcalc.ru menzionato sopra. Secondo i risultati del calcolo, la resistenza di trasferimento del calore risulta pari a 1,13 m2° C / W e il flusso di calore attraverso il muro è di 18,48 W per metro quadrato. Con una superficie totale delle pareti (esclusi i vetri) di 105,2 m2 la perdita di calore totale attraverso le pareti è di 1,95 kW / h. In questo caso, la perdita di calore attraverso le finestre sarà di 1,05 kW.

Sovrapposizione e tetto

Il calcolo della perdita di calore attraverso il sottotetto può essere eseguito anche nel calcolatore online selezionando il tipo desiderato di strutture di chiusura. Di conseguenza, la resistenza del pavimento al trasferimento di calore è di 0,66 m2° С / W e la perdita di calore è di 31,6 W per metro quadrato, ovvero 2,7 kW dall’intera area della struttura chiusa.

La perdita di calore totale totale secondo i calcoli è di 7,2 kWh. Con una qualità sufficientemente bassa delle strutture edilizie, questo indicatore è ovviamente molto più basso di quello reale. Infatti, tale calcolo è idealizzato, non tiene conto di coefficienti speciali, flusso d’aria, componente di convezione del trasferimento di calore, perdite per ventilazione e porte d’ingresso. Infatti, a causa dell’installazione scadente di finestre, della mancanza di protezione al pilastro del tetto sul Mauerlat e della scarsa impermeabilità delle pareti dalla fondazione, la perdita di calore reale può essere 2 o addirittura 3 volte superiore a quella calcolata. Tuttavia, anche studi di ingegneria del calore di base aiutano a determinare se le strutture di una casa in costruzione soddisferanno gli standard sanitari almeno nella prima approssimazione..

Perdita di calore a casaPerdita di calore a casa

Infine, daremo una raccomandazione importante: se vuoi davvero avere una completa comprensione della fisica termica di un particolare edificio, devi usare una comprensione dei principi descritti in questa recensione e nella letteratura speciale. Ad esempio, il libro di consultazione “Perdita di calore di un edificio” di Elena Malyavina può essere di grande aiuto in questa materia, in cui la specificità dei processi di ingegneria del calore è spiegata in dettaglio, vengono forniti collegamenti ai documenti normativi necessari, nonché esempi di calcoli e tutte le informazioni di riferimento necessarie.

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