حساب الهندسة الحرارية للمبنى: تفاصيل وصيغ لإجراء العمليات الحسابية + أمثلة عملية

أثناء تشغيل المبنى، كل من ارتفاع درجة الحرارة والتجميد غير مرغوب فيه.حسابات الهندسة الحرارية، التي لا تقل أهمية عن حساب الكفاءة والقوة ومقاومة الحريق والمتانة، ستسمح لك بتحديد الوسط الذهبي.

بناءً على معايير الهندسة الحرارية، والخصائص المناخية، ونفاذية البخار والرطوبة، يتم اختيار المواد اللازمة لبناء الهياكل المغلقة. سننظر في كيفية إجراء هذا الحساب في المقالة.

الغرض من حساب الهندسة الحرارية

يعتمد الكثير على الخصائص التقنية الحرارية للمرفقات الدائمة للمبنى. ويشمل ذلك رطوبة العناصر الإنشائية ومؤشرات درجة الحرارة، والتي تؤثر على وجود أو عدم وجود تكثف على الفواصل الداخلية والأسقف.

سيُظهر الحساب ما إذا كان سيتم الحفاظ على خصائص درجة الحرارة والرطوبة المستقرة عند درجات حرارة زائدة وناقصة. تتضمن قائمة هذه الخصائص أيضًا مؤشرًا مثل كمية الحرارة المفقودة بواسطة غلاف المبنى خلال فترة البرد.

لا يمكنك البدء في التصميم دون الحصول على كل هذه البيانات. بناءً عليها يتم اختيار سمك الجدران والأسقف وتسلسل الطبقات.

وفقًا للوائح GOST 30494-96، قيم درجة الحرارة في الداخل. في المتوسط ​​هو 21⁰. وفي الوقت نفسه يجب أن تظل الرطوبة النسبية ضمن نطاق مريح وهو متوسط ​​37%. أعلى سرعة لحركة الكتلة الهوائية هي 0.15 م/ث

يهدف حساب الهندسة الحرارية إلى تحديد:

1. هل التصاميم مطابقة للاشتراطات المذكورة من حيث الحماية الحرارية؟
2. ما مدى ضمان مناخ محلي مريح داخل المبنى؟
3. هل يتم توفير الحماية الحرارية المثلى للهياكل؟

المبدأ الرئيسي هو الحفاظ على توازن الفرق في مؤشرات درجة حرارة الغلاف الجوي للهياكل الداخلية للأسوار والمباني. إذا لم يتم اتباع ذلك، فسوف تمتص هذه الأسطح الحرارة وستظل درجة الحرارة بالداخل منخفضة للغاية.

لا ينبغي أن تتأثر درجة الحرارة الداخلية بشكل كبير بالتغيرات في تدفق الحرارة. وتسمى هذه الخاصية مقاومة الحرارة.

ومن خلال إجراء الحساب الحراري يتم تحديد الحدود المثلى (الحد الأدنى والحد الأقصى) لأبعاد الجدران وسمك السقف. وهذا يضمن تشغيل المبنى لفترة طويلة، دون تجميد شديد للهياكل أو ارتفاع درجة الحرارة.

خيارات لإجراء العمليات الحسابية

لإجراء حسابات الحرارة، تحتاج إلى معلمات أولية.

يعتمدون على عدد من الخصائص:

1. الغرض من المبنى ونوعه.
2. اتجاهات الهياكل المغلقة العمودية بالنسبة للاتجاهات الأساسية.
3. المعلمات الجغرافية لمنزل المستقبل.
4. حجم المبنى، عدد طوابقه، مساحته.
5. أنواع وأبعاد فتحات الأبواب والنوافذ.
6. نوع التدفئة والمعايير التقنية.
7. عدد المقيمين الدائمين.
8. مواد لهياكل السياج الرأسي والأفقي.
9. أسقف الطابق العلوي.
10. معدات إمدادات الماء الساخن.
11. نوع التهوية.

يتم أيضًا أخذ ميزات التصميم الأخرى للهيكل في الاعتبار عند الحساب. يجب ألا تساهم نفاذية الهواء للهياكل المغلقة في التبريد المفرط داخل المنزل وتقليل خصائص الحماية الحرارية للعناصر.

يحدث فقدان الحرارة أيضًا بسبب تشبع الجدران بالمياه، بالإضافة إلى ذلك، فإنه يستلزم الرطوبة، مما يؤثر سلبًا على متانة المبنى.

في عملية الحساب، يتم أولاً تحديد البيانات الفنية الحرارية لمواد البناء التي تصنع منها العناصر المحيطة بالمبنى. بالإضافة إلى ذلك، فإن مقاومة انتقال الحرارة المنخفضة والامتثال لقيمتها القياسية يخضعان للتحديد.

صيغ لإجراء العمليات الحسابية

يمكن تقسيم فقدان الحرارة من المنزل إلى قسمين رئيسيين: الخسائر من خلال غلاف المبنى والخسائر الناجمة عن تشغيل المبنى. نظام التهوية. بالإضافة إلى ذلك، يتم فقدان الحرارة عندما يتم تصريف الماء الدافئ إلى نظام الصرف الصحي.

الخسائر من خلال بناء المغلفات

بالنسبة للمواد التي يتم إنشاء الهياكل المرفقة منها، من الضروري العثور على قيمة مؤشر التوصيل الحراري Kt (W/m x الدرجة). وهم في الكتب المرجعية ذات الصلة.

الآن معرفة سمك الطبقات حسب الصيغة: ص = ق / كيلوطن، حساب المقاومة الحرارية لكل وحدة. إذا كان الهيكل متعدد الطبقات، تتم إضافة جميع القيم التي تم الحصول عليها معا.

أسهل طريقة لتحديد حجم فقدان الحرارة هي عن طريق جمع التدفقات الحرارية عبر الهياكل المحيطة التي تشكل هذا المبنى بالفعل

مسترشدين بهذه المنهجية، يأخذون في الاعتبار حقيقة أن المواد التي يتكون منها الهيكل لها بنية مختلفة. ويؤخذ في الاعتبار أيضًا أن تدفق الحرارة الذي يمر عبرها له خصائص مختلفة.

لكل بنية على حدة، يتم تحديد فقدان الحرارة بواسطة الصيغة:

س = (أ / ر) × دت

هنا:

• A هي المساحة بالمتر المربع.
• R هي مقاومة الهيكل لنقل الحرارة.
• dT هو الفرق في درجة الحرارة بين الخارج والداخل.يجب تحديده لأبرد فترة 5 أيام.

إجراء الحساب بهذه الطريقة، يمكنك الحصول على النتيجة فقط لأبرد فترة خمسة أيام. يتم تحديد إجمالي فقدان الحرارة لموسم البرد بأكمله من خلال مراعاة معلمة dT، مع الأخذ في الاعتبار ليس أدنى درجة حرارة، بل متوسطها.

يعتمد مدى امتصاص الحرارة وكذلك نقل الحرارة على رطوبة المناخ في المنطقة. ولهذا السبب، يتم استخدام خرائط الرطوبة في الحسابات.

بعد ذلك، يتم حساب كمية الطاقة اللازمة للتعويض عن فقدان الحرارة سواء من خلال غلاف المبنى أو من خلال التهوية. ويشار إليه بالرمز W.

هناك صيغة لهذا:

ث = ((س + Qв) × 24 × ن)/1000

فيه N هي مدة فترة التسخين بالأيام.

عيوب حساب المساحة

الحساب بناءً على مؤشر المنطقة ليس دقيقًا للغاية. هنا لا تؤخذ في الاعتبار معلمات مثل المناخ ومؤشرات درجة الحرارة، الحد الأدنى والحد الأقصى، والرطوبة. بسبب تجاهل العديد من النقاط المهمة، فإن الحساب به أخطاء كبيرة.

غالبًا ما يحاول المشروع تغطيتها، ويتضمن "احتياطي".

ومع ذلك، إذا تم اختيار هذه الطريقة للحساب، فيجب مراعاة الفروق الدقيقة التالية:

1. إذا كان ارتفاع الأسوار العمودية يصل إلى ثلاثة أمتار ولا يوجد أكثر من فتحتين على سطح واحد، فمن الأفضل ضرب النتيجة بـ 100 واط.
2. إذا كان المشروع يتضمن شرفة أو نافذتين أو لوجيا، فاضرب بمتوسط ​​125 واط.
3. عندما تكون المباني صناعية أو مستودعات، يتم استخدام مضاعف 150 واط.
4. إذا كانت المشعاعات موجودة بالقرب من النوافذ، فستزيد قدرتها التصميمية بنسبة 25٪.

صيغة المنطقة هي:

س = ق × 100 (150) ث.

هنا Q هو مستوى الحرارة المريح في المبنى، S هو المنطقة الساخنة بالمتر المربع. الأرقام 100 أو 150 هي الكمية المحددة من الطاقة الحرارية المستهلكة لتسخين 1 متر مربع.

خسائر تهوية المنزل

المعلمة الرئيسية في هذه الحالة هي سعر صرف الهواء. شريطة أن تكون جدران المنزل نفاذية للبخار، فإن هذه القيمة تساوي واحدا.

يتم اختراق الهواء البارد إلى المنزل من خلال تهوية الإمداد. تساعد تهوية العادم على خروج الهواء الدافئ. يقلل مبادل الحرارة المسترد من الخسائر من خلال التهوية. فهو لا يسمح للحرارة بالهروب مع الهواء الخارج، ويقوم بتسخين تدفقات الهواء الواردة

ومن المتوقع أن يتجدد الهواء داخل المبنى بالكامل خلال ساعة واحدة. المباني المبنية وفقًا لمعيار DIN لها جدران بها حواجز بخار، لذا فإن معدل تبادل الهواء هنا يساوي اثنين.

هناك صيغة تحدد فقدان الحرارة من خلال نظام التهوية:

Qv = (V x Kv: 3600) x P x C x dT

هنا الرموز تعني ما يلي:

1. Qв - فقدان الحرارة.
2. V هو حجم الغرفة بوحدة mᶾ.
3. P هي كثافة الهواء. قيمتها تساوي 1.2047 كجم/م¶.
4. كيلو فولت - سعر صرف الهواء.
5. C هي السعة الحرارية المحددة. وهي تساوي 1005 جول/كجم × درجة مئوية.

وبناء على نتائج هذا الحساب، من الممكن تحديد قوة مولد الحرارة لنظام التدفئة. إذا كانت قيمة الطاقة مرتفعة جدًا، فقد يكون الحل للموقف جهاز تهوية مع التعافي. دعونا نلقي نظرة على بعض الأمثلة للمنازل المصنوعة من مواد مختلفة.

مثال لحساب الهندسة الحرارية رقم 1

دعونا نحسب مبنى سكني يقع في المنطقة المناخية 1 (روسيا)، المنطقة الفرعية 1B. جميع البيانات مأخوذة من الجدول 1 من SNiP 23-01-99. أبرد درجة حرارة لوحظت خلال خمسة أيام مع احتمال 0.92 هي tн = -22⁰С.

وفقًا لـ SNiP، تستمر فترة التسخين (zop) 148 يومًا. متوسط ​​درجة الحرارة خلال فترة التدفئة مع متوسط ​​درجة حرارة الهواء اليومية بالخارج هو 8⁰ - tot = -2.3⁰. درجة الحرارة الخارجية خلال موسم التدفئة هي tht = -4.4⁰.

يعد فقدان الحرارة للمنزل أهم نقطة في مرحلة التصميم. يعتمد اختيار مواد البناء والعزل على نتائج الحساب. لا توجد خسائر صفرية، ولكن عليك أن تسعى جاهدة للتأكد من أنها مناسبة قدر الإمكان

واشترط الشرط أن تكون درجة الحرارة في غرف المنزل 22 درجة مئوية. يتكون المنزل من طابقين وسمك جدرانه 0.5 م، وارتفاعه 7 م، وأبعاد مخططه 10 × 10 م، ومواد الهياكل العمودية من السيراميك الدافئ. لذلك، معامل التوصيل الحراري هو 0.16 واط / م × مئوية.

تم استخدام الصوف المعدني كعزل خارجي بسمك 5 سم. قيمة الكيلونت له هي 0.04 واط / م × درجة مئوية. عدد فتحات النوافذ في المنزل 15 قطعة. مساحة كل قطعة 2.5 متر مربع.

فقدان الحرارة من خلال الجدران

بادئ ذي بدء، تحتاج إلى تحديد المقاومة الحرارية لكل من جدار السيراميك والعزل. في الحالة الأولى، R1 = 0.5: 0.16 = 3.125 متر مربع. م × ج / ث. في الثانية - R2 = 0.05: 0.04 = 1.25 متر مربع. م × ج / ث. بشكل عام، بالنسبة لغلاف المبنى الرأسي: R = R1 + R2 = 3.125 + 1.25 = 4.375 sq. م × ج / ث.

وبما أن فقدان الحرارة يتناسب طرديا مع مساحة الهياكل المحيطة، فإننا نحسب مساحة الجدران:

أ = 10 × 4 × 7 – 15 × 2.5 = 242.5 متر مربع

يمكنك الآن تحديد فقدان الحرارة من خلال الجدران:

Qс = (242.5: 4.375) × (22 – (-22)) = 2438.9 وات.

يتم حساب فقدان الحرارة من خلال الهياكل المغلقة الأفقية بطريقة مماثلة. وفي النهاية، يتم تلخيص جميع النتائج.

إذا كان هناك قبو، فسيكون فقدان الحرارة من خلال الأساس والأرضية أقل، لأن الحساب يشمل درجة حرارة التربة، وليس الهواء الخارجي

إذا تم تسخين الطابق السفلي الموجود أسفل أرضية الطابق الأول، فلا حاجة إلى عزل الأرضية. لا يزال من الأفضل تبطين جدران الطابق السفلي بالعزل حتى لا تتسرب الحرارة إلى الأرض.

تحديد الخسائر من خلال التهوية

لتبسيط الحساب، لا يأخذون في الاعتبار سمك الجدران، ولكن ببساطة تحديد حجم الهواء في الداخل:

V = 10x10x7 = 700 م3.

وبمعدل تبادل الهواء Kv = 2، فإن فقدان الحرارة سيكون:

Qв = (700 × 2): 3600) × 1.2047 × 1005 × (22 – (-22)) = 20,776 وات.

إذا كيلو فولت = 1:

Qв = (700 × 1): 3600) × 1.2047 × 1005 × (22 – (-22)) = 10,358 وات.

توفر المبادلات الحرارية الدوارة والصفائحية تهوية فعالة للمباني السكنية. كفاءة الأول أعلى تصل إلى 90٪.

مثال لحساب الهندسة الحرارية رقم 2

ويشترط حساب الخسائر من خلال جدار من الطوب بسمك 51 سم معزول بطبقة من الصوف المعدني بسمك 10 سم. في الخارج - 18 درجة، في الداخل - 22 درجة. أبعاد الجدار 2.7 متر ارتفاعا و 4 متر طولا. الجدار الخارجي الوحيد للغرفة موجه نحو الجنوب، ولا توجد أبواب خارجية.

بالنسبة للطوب، معامل التوصيل الحراري Kt = 0.58 واط/م3، للصوف المعدني - 0.04 واط/م3. المقاومة الحرارية:

R1 = 0.51: 0.58 = 0.879 قدم مربع م × ج / ث. R2 = 0.1: 0.04 = 2.5 متر مربع م × ج / ث. بشكل عام، بالنسبة لغلاف المبنى العمودي: R = R1 + R2 = 0.879 + 2.5 = 3.379 sq. م × ج / ث.

مساحة الجدار الخارجي أ = 2.7 × 4 = 10.8 متر مربع

فقدان الحرارة من خلال الجدار:

Qс = (10.8: 3.379) × (22 – (-18)) = 127.9 وات.

لحساب الخسائر من خلال النوافذ، يتم استخدام نفس الصيغة، ولكن مقاومتها الحرارية، كقاعدة عامة، يشار إليها في جواز السفر ولا تحتاج إلى حساب.

في العزل الحراري للمنزل، النوافذ هي "الحلقة الضعيفة". يتم فقدان نسبة كبيرة إلى حد ما من الحرارة من خلالها. النوافذ ذات الزجاج المزدوج متعدد الطبقات، والأفلام العاكسة للحرارة، والإطارات المزدوجة ستقلل من الخسائر، ولكن حتى هذا لن يساعد في تجنب فقدان الحرارة تمامًا

إذا كان المنزل يحتوي على نوافذ موفرة للطاقة بقياس 1.5 × 1.5 متر مربع، موجهة نحو الشمال، وكانت المقاومة الحرارية 0.87 متر مربع درجة مئوية/واط، فإن الخسائر ستكون:

Qо = (2.25: 0.87) × (22 – (-18)) = 103.4 طن.

مثال لحساب الهندسة الحرارية رقم 3

دعونا نجري حسابًا حراريًا لمبنى خشبي بواجهة مبنية من جذوع الصنوبر بطبقة سمكها 0.22 م، ومعامل هذه المادة هو K = 0.15. في هذه الحالة، سيكون فقدان الحرارة:

R = 0.22: 0.15 = 1.47 م² × ⁰С/W.

أدنى درجة حرارة لمدة خمسة أيام هي -18 درجة مئوية، للراحة في المنزل يتم ضبط درجة الحرارة على 21 درجة مئوية. سيكون الفارق 39⁰. على مساحة 120 متر مربع ستكون النتيجة:

Qс = 120 × 39: 1.47 = 3184 واط.

للمقارنة، دعونا نحدد خسائر منزل من الطوب. معامل الطوب الرملي الجيري هو 0.72.

R = 0.22: 0.72 = 0.306 م² × ⁰С/W.
Qс = 120 × 39: 0.306 = 15,294 واط.

في ظل نفس الظروف، منزل خشبي هو أكثر اقتصادا. الطوب الرملي الجيري غير مناسب لبناء الجدران هنا على الإطلاق.

الهيكل الخشبي لديه قدرة حرارية عالية. تحافظ هياكلها المرفقة على درجة حرارة مريحة لفترة طويلة. ومع ذلك، حتى المنزل الخشبي يحتاج إلى العزل ومن الأفضل القيام بذلك في الداخل والخارج

يوصي البنائين والمهندسين المعماريين بأن تفعل ذلك بالتأكيد حساب الحرارة لتركيب التدفئة للاختيار الصحيح للمعدات وفي مرحلة تصميم المنزل لاختيار نظام العزل المناسب.

مثال حساب الحرارة رقم 4

سيتم بناء المنزل في منطقة موسكو. للحساب، تم أخذ جدار مصنوع من كتل الرغوة. كيف يتم تطبيق العزل رغوة البوليسترين المبثوق. الانتهاء من الهيكل هو الجص على كلا الجانبين. هيكلها من الحجر الجيري والرمل.

تبلغ كثافة البوليسترين الممدد 24 كجم / م².

الرطوبة النسبية للهواء في الغرفة هي 55٪ عند متوسط ​​درجة حرارة 20 درجة. سمك الطبقة:

• الجص - 0.01 م؛
• الخرسانة الرغوية - 0.2 م؛
• البوليسترين الموسع - 0.065 م.

وتتمثل المهمة في العثور على مقاومة انتقال الحرارة المطلوبة والفعلية. يتم تحديد Rtr المطلوب عن طريق استبدال القيم في التعبير:

Rtr=a x GSOP+b

حيث GOSP هو يوم درجة موسم التدفئة، a و b معاملات مأخوذة من الجدول رقم 3 من مدونة القواعد 50.13330.2012. وبما أن المبنى سكني، فإن a هو 0.00035، b = 1.4.

يتم حساب GSOP باستخدام صيغة مأخوذة من نفس SP:

GOSP = (تلفزيون - توت) × زوت.

في هذه الصيغة، tв = 20⁰، tоt = -2.2⁰، zоt - 205 هي فترة التسخين بالأيام. لذلك:

GSOP = (20 – (-2.2)) × 205 = 4551 درجة مئوية × يوم؛

Rtr = 0.00035 × 4551 + 1.4 = 2.99 م2 × C/W.

باستخدام الجدول رقم 2 SP50.13330.2012 تحديد معاملات التوصيل الحراري لكل طبقة من طبقات الجدار:

• lectb1 = 0.81 واط/م ⁰С;
• lectb2 = 0.26 واط/م ⁰С;
• lectb3 = 0.041 واط/م ⁰С;
• lectb4 = 0.81 واط/م ⁰С.

إجمالي المقاومة الشرطية لنقل الحرارة Ro يساوي مجموع مقاومات جميع الطبقات. ويتم حسابها باستخدام الصيغة:

هذه الصيغة مأخوذة من SP 50.13330.2012. هنا 1/av هي مقاومة الإدراك الحراري للأسطح الداخلية. 1/an - نفس المقاومة الخارجية، δ / lect - المقاومة الحرارية للطبقة

استبدال القيم التي نحصل عليها: Rо arb. = 2.54 م2 درجة مئوية/وات. يتم تحديد Rф بضرب Ro بمعامل r يساوي 0.9:

الترددات اللاسلكية = 2.54 × 0.9 = 2.3 م2 × درجة مئوية/وات.

وتتطلب النتيجة تغيير تصميم العنصر المحيط، حيث أن المقاومة الحرارية الفعلية أقل من المقاومة المحسوبة.

هناك العديد من خدمات الكمبيوتر التي تعمل على تسريع وتبسيط العمليات الحسابية.

ترتبط الحسابات الحرارية ارتباطًا مباشرًا بالتحديد قطرة ندى. سوف تتعلم ما هو وكيفية العثور على معناه من المقالة التي نوصي بها.

استنتاجات وفيديو مفيد حول هذا الموضوع

إجراء حسابات الهندسة الحرارية باستخدام الآلة الحاسبة عبر الإنترنت:

الحساب الهندسي الحراري الصحيح:

سيسمح لك الحساب التقني الحراري المختص بتقييم فعالية عزل العناصر الخارجية للمنزل وتحديد قوة معدات التدفئة اللازمة.

ونتيجة لذلك، يمكنك توفير المال عند شراء المواد وأجهزة التدفئة. من الأفضل أن تعرف مسبقًا ما إذا كانت المعدات قادرة على التعامل مع التدفئة وتكييف الهواء في المبنى بدلاً من شراء كل شيء بشكل عشوائي.

يرجى ترك التعليقات وطرح الأسئلة ونشر الصور المتعلقة بموضوع المقالة في المربع أدناه. أخبرنا كيف ساعدتك حسابات الهندسة الحرارية في اختيار معدات التدفئة بنظام الطاقة أو العزل المطلوب. من الممكن أن تكون معلوماتك مفيدة لزوار الموقع.