건물의 열 공학 계산: 계산 수행을 위한 세부 사항 및 공식 + 실제 예

건물 작동 중에는 과열과 동결이 모두 바람직하지 않습니다.효율성, 강도, 내화성 및 내구성을 계산하는 것만큼 중요한 열 공학 계산을 통해 황금률을 결정할 수 있습니다.

열 공학 표준, 기후 특성, 증기 및 습기 투과성, 밀폐 구조물 건설 재료를 기준으로 선택됩니다. 기사에서 이 계산을 수행하는 방법을 살펴보겠습니다.

열공학 계산의 목적

많은 부분은 건물 영구 인클로저의 열적 기술적 특성에 따라 달라집니다. 여기에는 내부 칸막이와 천장의 응결 여부에 영향을 미치는 구조 요소 및 온도 표시기의 습도가 포함됩니다.

계산을 통해 안정적인 온도 및 습도 특성이 플러스 및 마이너스 온도에서 유지되는지 여부가 표시됩니다. 이러한 특성 목록에는 추운 기간 동안 건물 외피가 손실한 열량과 같은 지표도 포함됩니다.

이 모든 데이터가 없으면 디자인을 시작할 수 없습니다. 이를 바탕으로 벽과 천장의 두께와 레이어 순서가 선택됩니다.

GOST 30494-96 규정에 따르면 실내 온도 값입니다. 평균적으로 21⁰입니다. 동시에, 상대 습도는 평균 37%인 편안한 범위 내에 유지되어야 합니다. 공기 질량 이동의 최고 속도는 0.15m/s입니다.

열 공학 계산은 다음을 결정하는 것을 목표로 합니다.

1. 열 보호 측면에서 설계가 명시된 요구 사항과 동일합니까?
2. 건물 내부의 쾌적한 미기후가 얼마나 완벽하게 보장됩니까?
3. 구조물의 최적의 열 보호가 제공됩니까?

주요 원칙은 울타리와 건물 내부 구조의 대기 온도 표시기 차이의 균형을 유지하는 것입니다. 이를 따르지 않으면 열이 표면에 흡수되어 내부 온도가 매우 낮게 유지됩니다.

내부 온도는 열 흐름의 변화에 ​​크게 영향을 받아서는 안 됩니다. 이러한 특성을 내열성이라고 합니다.

열 계산을 수행하여 벽 및 천장 두께 치수의 최적 한계(최소 및 최대)가 결정됩니다. 이는 구조물의 극심한 동결이나 과열 없이 장기간 건물의 작동을 보장합니다.

계산 수행 옵션

열 계산을 수행하려면 초기 매개변수가 필요합니다.

이는 여러 가지 특성에 따라 달라집니다.

1. 건물의 목적과 유형.
2. 기본 방향에 대한 수직 둘러싸는 구조의 방향.
3. 미래 주택의 지리적 매개변수.
4. 건물의 부피, 층수, 면적.
5. 문과 창문 개구부의 유형과 치수.
6. 가열 유형 및 기술 매개 변수.
7. 영주권자 수.
8. 수직 및 수평 울타리 구조용 재료.
9. 위층 천장.
10. 온수 공급 장비.
11. 환기 유형.

계산할 때 구조의 다른 설계 기능도 고려됩니다. 둘러싸는 구조물의 공기 투과성은 집 내부의 과도한 냉각에 기여해서는 안되며 요소의 열 보호 특성을 감소시켜서는 안됩니다.

벽의 침수로 인해 열 손실이 발생하고, 또한 이로 인해 습기가 발생하여 건물의 내구성에 부정적인 영향을 미칩니다.

계산 과정에서는 우선 건물의 둘러싸는 요소를 구성하는 건축 자재의 열 기술 데이터가 결정됩니다. 또한 열 전달 저항 감소 및 표준 값 준수 여부가 결정됩니다.

계산 공식

주택의 열 손실은 건물 외피를 통한 손실과 건물 운영으로 인한 손실이라는 두 가지 주요 부분으로 나눌 수 있습니다. 환기 시스템. 또한 따뜻한 물이 하수 시스템으로 배출되면 열이 손실됩니다.

건물 봉투를 통한 손실

둘러싸는 구조물을 구성하는 재료의 경우 열전도율 지수 Kt(W/m x 도)의 값을 찾는 것이 필요합니다. 관련 참고서에 나와 있습니다.

이제 공식에 따라 레이어의 두께를 알 수 있습니다. R = S/Kt, 각 장치의 열 저항을 계산합니다. 구조가 다층이면 얻은 모든 값이 함께 추가됩니다.

열 손실 크기를 결정하는 가장 쉬운 방법은 실제로 이 건물을 형성하는 둘러싸는 구조물을 통한 열 흐름을 합산하는 것입니다.

이 방법론에 따라 그들은 구조를 구성하는 재료가 서로 다른 구조를 가지고 있다는 사실을 고려합니다. 또한 이를 통과하는 열 흐름의 특성이 다르다는 것도 고려됩니다.

각 개별 구조에 대해 열 손실은 다음 공식에 의해 결정됩니다.

Q = (A / R) x dT

여기:

• A는 면적(m²)입니다.
• R은 열 전달에 대한 구조의 저항입니다.
• dT는 외부와 내부의 온도차입니다.가장 추운 5일 기간에 대해 결정해야 합니다.

이런 방식으로 계산을 수행하면 가장 추운 5일 동안의 결과만 얻을 수 있습니다. 추운 계절 전체의 총 열 손실은 최저 온도가 아닌 평균 온도를 고려하여 dT 매개변수를 고려하여 결정됩니다.

열이 흡수되는 정도와 열 전달 정도는 해당 지역의 기후 습도에 따라 달라집니다. 이러한 이유로 습도 맵이 계산에 사용됩니다.

다음으로, 건물 외피와 환기를 통해 손실된 열 손실을 보상하는 데 필요한 에너지량이 계산됩니다. 기호 W로 표시됩니다.

이에 대한 공식이 있습니다:

W = ((Q + Qв) x 24 x N)/1000

여기서 N은 가열 기간(일)입니다.

면적 계산의 단점

면적 표시기를 기반으로 한 계산은 그다지 정확하지 않습니다. 여기서는 기후, 온도 표시기, 최소값과 최대값, 습도 등의 매개변수가 고려되지 않습니다. 많은 중요한 사항을 무시했기 때문에 계산에 심각한 오류가 있습니다.

종종 이를 다루기 위해 프로젝트에는 "예비"가 포함됩니다.

그럼에도 불구하고 계산을 위해 이 방법을 선택한 경우 다음과 같은 뉘앙스를 고려해야 합니다.

1. 수직 울타리의 높이가 최대 3m이고 한 표면에 개구부가 2개 이하인 경우 결과에 100W를 곱하는 것이 좋습니다.
2. 프로젝트에 발코니, 창문 2개 또는 로지아가 포함된 경우 평균 125W를 곱합니다.
3. 건물이 산업 또는 창고인 경우 150W의 승수가 사용됩니다.
4. 라디에이터를 창문 근처에 배치하면 설계 용량이 25% 증가합니다.

면적 공식은 다음과 같습니다.

Q=S x 100(150)W.

여기서 Q는 건물의 쾌적한 열 수준이고, S는 난방 면적(m²)입니다. 숫자 100 또는 150은 1m²를 가열하는 데 소비되는 특정 열에너지 양입니다.

주택 환기 손실

이 경우 주요 매개변수는 항공 환율입니다. 집의 벽이 증기 투과성이라면 이 값은 1과 같습니다.

차가운 공기가 집 안으로 침투하는 것은 공급 환기를 통해 수행됩니다. 배기 환기는 따뜻한 공기가 빠져나가는 데 도움이 됩니다. 복열기-열교환기는 환기를 통해 손실을 줄입니다. 나가는 공기와 함께 열이 빠져 나가는 것을 허용하지 않으며 들어오는 공기 흐름을 가열합니다.

한 시간 안에 건물 내부의 공기가 완전히 새로워질 것으로 예상됩니다. DIN 표준에 따라 건축된 건물에는 수증기 장벽이 있는 벽이 있으므로 여기서 공기 교환율은 2로 간주됩니다.

환기 시스템을 통한 열 손실을 결정하는 공식이 있습니다.

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

여기서 기호는 다음을 의미합니다.

1. Qв - 열 손실.
2. V는 방의 부피(mᶾ)입니다.
3. P는 공기 밀도입니다. 그 값은 1.2047kg/mᶾ과 같습니다.
4. Kv - 항공 환율.
5. C는 비열 용량입니다. 이는 1005J/kg x C와 같습니다.

이 계산 결과를 바탕으로 난방 시스템의 열 발생기 전력을 결정할 수 있습니다. 전력 값이 너무 높으면 상황에 대한 해결책은 다음과 같습니다. 회복기를 갖춘 환기 장치. 다양한 재료로 만든 주택의 몇 가지 예를 살펴보겠습니다.

열 공학 계산 예 1

기후 지역 1(러시아), 하위 구역 1B에 위치한 주거용 건물을 계산해 보겠습니다. 모든 데이터는 SNiP 23-01-99의 표 1에서 가져옵니다. 0.92의 확률로 5일 동안 관찰된 가장 추운 기온은 tн = -22⁰С입니다.

SNiP에 따르면 가열 기간(zop)은 148일 동안 지속됩니다. 외부 일일 평균 기온을 기준으로 난방 기간 동안의 평균 온도는 8⁰ - tot = -2.3⁰입니다. 난방 시즌의 외부 온도는 -4.4⁰입니다.

주택의 열손실은 설계단계에서 가장 중요한 포인트입니다. 건축 자재 및 단열재의 선택은 계산 결과에 따라 다릅니다. 손실이 전혀 없는 것은 아니지만 가능한 한 편리하도록 노력해야 합니다.

집 안의 온도는 22⁰이어야한다는 조건이 규정되었습니다. 집은 두 개의 바닥과 0.5m 두께의 벽으로 구성되어 있으며 높이는 7m, 평면 크기는 10 x 10m이며 수직 둘러싸는 구조의 재료는 따뜻한 세라믹입니다. 이에 대한 열전도 계수는 0.16 W/m x C입니다.

외부 단열재로는 두께 5cm의 미네랄울을 사용했습니다. 이에 대한 Kt 값은 0.04W/m x C입니다. 집의 창 개구부 수는 15개입니다. 각 2.5m².

벽을 통한 열 손실

우선, 세라믹 벽과 단열재의 열 저항을 결정해야 합니다. 첫 번째 경우 R1 = 0.5: 0.16 = 3.125 제곱미터입니다. m×C/W. 두 번째 - R2 = 0.05: 0.04 = 1.25 제곱미터 m×C/W. 일반적으로 수직 건물 면적의 경우: R = R1 + R2 = 3.125 + 1.25 = 4.375 sq. m×C/W.

열 손실은 둘러싸는 구조물의 면적에 정비례하므로 벽 면적을 계산합니다.

A = 10 x 4 x 7 – 15 x 2.5 = 242.5m²

이제 벽을 통한 열 손실을 확인할 수 있습니다.

Qс = (242.5: 4.375) x (22 – (-22)) = 2438.9W.

수평 밀폐 구조를 통한 열 손실도 비슷한 방식으로 계산됩니다. 결국 모든 결과가 요약됩니다.

지하실이 있는 경우 계산에는 외부 공기가 아닌 토양 온도가 포함되므로 기초와 바닥을 통한 열 손실이 적습니다.

1층 바닥 아래 지하실을 난방하는 경우에는 바닥을 단열할 필요가 없습니다. 열이 땅 속으로 새어나가지 않도록 지하실 벽을 단열재로 덮는 것이 더 좋습니다.

환기를 통한 손실 결정

계산을 단순화하기 위해 벽의 두께를 고려하지 않고 단순히 내부 공기량을 결정합니다.

V = 10x10x7 = 700mᶾ.

공기 교환율 Kv = 2일 때 열 손실은 다음과 같습니다.

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

Kv = 1인 경우:

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

회전식 및 판형 열교환기는 주거용 건물에 효과적인 환기를 제공합니다. 전자의 효율성은 더 높아 90%에 이릅니다.

열 공학 계산 예 2

51cm 두께의 벽돌 벽을 통한 손실을 계산해야 하며 10cm의 미네랄 울 층으로 단열되어 있습니다. 외부 - 18⁰, 내부 - 22⁰. 벽의 크기는 높이 2.7m, 길이 4m입니다. 방의 유일한 외벽은 남쪽을 향하고 있으며 외부 문은 없습니다.

벽돌의 경우 열전도 계수 Kt = 0.58 W/m°C, 미네랄울의 경우 - 0.04 W/m°C입니다. 열저항:

R1 = 0.51: 0.58 = 0.879제곱미터 m×C/W. R2 = 0.1: 0.04 = 2.5제곱미터 m×C/W. 일반적으로 수직 건물 면적의 경우: R = R1 + R2 = 0.879 + 2.5 = 3.379 sq. m×C/W.

외벽면적 A = 2.7 x 4 = 10.8 m²

벽을 통한 열 손실:

Qс = (10.8: 3.379) x (22 – (-18)) = 127.9W.

창문을 통한 손실을 계산하려면 동일한 공식이 사용되지만 열 저항은 일반적으로 여권에 표시되며 계산할 필요가 없습니다.

집의 단열에서 창문은 "약한 고리"입니다. 상당히 많은 양의 열이 이를 통해 손실됩니다. 다층 이중창, 열반사 필름, 이중 프레임은 손실을 줄여주지만 이조차도 열 손실을 완전히 방지하는 데는 도움이 되지 않습니다.

집에 북쪽을 향한 1.5 x 1.5m² 크기의 에너지 절약 창문이 있고 열 저항이 0.87m2°C/W인 경우 손실은 다음과 같습니다.

Q® = (2.25: 0.87) x (22 – (-18)) = 103.4 t.

열 공학 계산 예 3

두께가 0.22m인 소나무 통나무로 건물 외관을 갖춘 목조 통나무 건물의 열 계산을 수행해 보겠습니다. 이 재료의 계수는 K = 0.15입니다. 이 상황에서 열 손실은 다음과 같습니다.

R = 0.22: 0.15 = 1.47m² x ⁰С/W.

5일 동안 최저 온도는 -18⁰이며, 집안의 편안함을 위해 온도는 21⁰로 설정됩니다. 차이는 39⁰입니다. 120m² 면적을 기준으로 결과는 다음과 같습니다.

Qс = 120 x 39: 1.47 = 3184W.

비교를 위해 벽돌집의 손실을 결정해 보겠습니다. 규회석 벽돌의 계수는 0.72이다.

R = 0.22: 0.72 = 0.306m² x ⁰С/W.
Qс = 120 x 39: 0.306 = 15,294W.

동일한 조건에서는 목조 주택이 더 경제적입니다. 규회 벽돌은 여기서 벽을 짓는 데 전혀 적합하지 않습니다.

목재 구조는 열용량이 높습니다. 둘러싸는 구조는 오랫동안 쾌적한 온도를 유지합니다. 그래도 통나무집이라도 단열이 필요하고 내부와 외부 모두 단열을 하는 것이 좋습니다

건축업자와 건축가는 반드시 그렇게 할 것을 권장합니다. 난방 설치에 대한 열 계산 적절한 장비 선택과 적절한 단열 시스템 선택을 위한 주택 설계 단계에서.

열 계산 예 No.4

집은 모스크바 지역에 지어질 예정이다. 계산을 위해 폼 블록으로 만든 벽을 사용했습니다. 단열재 적용 방법 압출 폴리스티렌 폼. 구조물의 마감은 양면이 석고입니다. 그 구조는 석회암 모래입니다.

발포폴리스티렌의 밀도는 24kg/mᶾ입니다.

실내의 상대 습도는 평균 온도 20⁰에서 55%입니다. 층 두께:

• 석고 - 0.01m;
• 거품 콘크리트 - 0.2m;
• 발포 폴리스티렌 - 0.065m.

과제는 필요한 실제 열 전달 저항을 찾는 것입니다. 필요한 Rtr은 다음 표현식의 값을 대체하여 결정됩니다.

Rtr=a x GSOP+b

여기서 GOSP는 난방 시즌의 도일이고, a와 b는 규칙 코드 50.13330.2012의 표 3에서 가져온 계수입니다. 건물이 주거용이므로 a는 0.00035, b=1.4이다.

GSOP는 동일한 SP에서 가져온 공식을 사용하여 계산됩니다.

GOSP = (tv – tot) x zot.

이 공식에서 tв = 20⁰, tоt = -2.2⁰, zоt - 205는 가열 기간(일)입니다. 따라서:

GSOP = (20 – (-2.2)) x 205 = 4551⁰ C x 일;

Rtr = 0.00035 x 4551 + 1.4 = 2.99m2 x C/W.

표 2 SP50.13330.2012를 사용하여 벽의 각 층에 대한 열전도 계수를 결정하십시오.

• λb1 = 0.81W/m ⁰С;
• λb2 = 0.26W/m ⁰С;
• λb3 = 0.041W/m ⁰С;
• λb4 = 0.81W/m ⁰С.

열전달 Ro에 대한 총 조건부 저항은 모든 층의 저항의 합과 같습니다. 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.

이 공식은 SP 50.13330.2012에서 가져온 것입니다. 여기서 1/av는 내부 표면의 열 감지에 대한 저항입니다. 1/an - 외부와 동일, δ / λ - 층의 열 저항

우리가 얻는 값을 R® arb로 대체합니다. = 2.54m2°C/W. Rф는 Ro에 0.9인 계수 r을 곱하여 결정됩니다.

Rf = 2.54 x 0.9 = 2.3m2 x °C/W.

실제 열 저항은 계산된 열 저항보다 낮기 때문에 결과적으로 둘러싸는 요소의 설계를 변경해야 합니다.

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열 계산은 결정과 직접적인 관련이 있습니다. 이슬점. 우리가 추천하는 기사에서 그것이 무엇인지 그리고 그 의미를 찾는 방법을 배우게 될 것입니다.

주제에 대한 결론 및 유용한 비디오

온라인 계산기를 사용하여 열 공학 계산 수행:

올바른 열 공학 계산:

유능한 열기술 계산을 통해 집의 외부 요소 단열 효과를 평가하고 필요한 난방 장비의 전력을 결정할 수 있습니다.

결과적으로 자재 및 난방 장치 구매시 비용을 절약할 수 있습니다. 모든 것을 무작위로 구입하는 것보다 장비가 건물의 난방 및 냉방에 대처할 수 있는지 미리 아는 것이 좋습니다.

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