Crear condiciones confortables para vivir o trabajar es la tarea principal de la construcción. Una parte importante del territorio de nuestro país se encuentra en latitudes del norte con clima frío. Por lo tanto, siempre es importante mantener una temperatura agradable en los edificios. Con el crecimiento de las tarifas de energía, la reducción del consumo de energía para calefacción pasa a primer plano.
Características climáticas
La elección de la estructura de la pared y el techo depende principalmente de las condiciones climáticas del área de construcción. Para determinarlos, es necesario consultar SP131.13330.2012 "Climatología de la construcción". Las siguientes cantidades se utilizan en los cálculos:
- la temperatura del período de cinco días más frío con una seguridad de 0,92, indicada por Tn;
- temperatura promedio, indicada por Tot;
- duración, indicado por ZOT.
En el ejemplo de Murmansk, los valores tienen los siguientes valores:
- Тн=-30 grados;
- Tot=-3,4 grados;
- ZOT=275 días.
Además, es necesario configurar la temperatura de diseño dentro del televisor de la habitación, se determina de acuerdo con GOST 30494-2011. Para la vivienda, puede tomar TV=20 grados.
Para realizar un cálculo de ingeniería térmica de estructuras envolventes, calcule previamente el valor de GSOP (grados-día del período de calefacción):
GSOP=(Tv - Tot) x ZOT. En nuestro ejemplo, GSOP=(20 - (-3, 4)) x 275=6435.
Indicadores clave
Para la elección correcta de los materiales de la envolvente del edificio, es necesario determinar qué características térmicas deben tener. La capacidad de una sustancia para conducir el calor se caracteriza por su conductividad térmica, denotada por la letra griega l (lambda) y se mide en W/(m x deg.). La capacidad de una estructura para retener calor se caracteriza por su resistencia a la transferencia de calor R y es igual a la relación entre el espesor y la conductividad térmica: R=d/l.
Si la estructura consta de varias capas, la resistencia se calcula para cada capa y luego se suma.
La resistencia a la transferencia de calor es el principal indicador de la construcción al aire libre. Su valor debe exceder el valor estándar. Al realizar un cálculo de ingeniería térmica de la envolvente del edificio, debemos determinar la composición económicamente justificada de las paredes y el techo.
Valores de conductividad térmica
Calidad del aislamientodeterminada principalmente por la conductividad térmica. Cada material certificado se somete a pruebas de laboratorio, como resultado de lo cual se determina este valor para las condiciones de funcionamiento "A" o "B". Para nuestro país, la mayoría de las regiones corresponden a las condiciones de operación "B". Al realizar un cálculo de ingeniería térmica de las estructuras de cerramiento de una casa, se debe utilizar este valor. Los valores de conductividad térmica se indican en la etiqueta o en el pasaporte del material, pero si no están disponibles, puede utilizar los valores de referencia del Código de práctica. Los valores de los materiales más populares se enumeran a continuación:
- Ladrillo normal - 0,81 W(m x grados).
- Ladrillo de silicato - 0,87 W(m x grados).
- Hormigón de gas y espuma (densidad 800) - 0,37 W(m x grados).
- Madera blanda: 0,18 W (m x grados).
- Espuma de poliestireno extruido: 0,032 W (m x grados).
- Placas de lana mineral (densidad 180) - 0,048 W(m x grados).
Valor normal de la resistencia a la transferencia de calor
El valor calculado de la resistencia a la transferencia de calor no debe ser inferior al valor base. El valor base se determina según la Tabla 3 SP50.13330.2012 "Protección térmica de edificios". La tabla define los coeficientes para calcular los valores básicos de resistencia a la transferencia de calor para todas las estructuras de cerramiento y tipos de edificios. Continuando con el cálculo termotécnico iniciado de las estructuras de cerramiento, se puede presentar un ejemplo de cálculo de la siguiente manera:
- Rsten=0,00035x6435 + 1,4=3,65 (m x grados/W).
- Rpokr=0, 0005х6435 +2, 2=5, 41 (m x grados/ancho).
- Rchard=0,00045x6435 + 1,9=4,79 (m x grados/W).
- Rockna=0.00005x6435 + 0.3=0.62 (m x grados/W).
El cálculo termotécnico de la estructura de cerramiento externo se realiza para todas las estructuras que cierran el contorno "cálido": el piso en el suelo o el piso del subterráneo técnico, las paredes exteriores (incluidas ventanas y puertas), el combinado cubierta o el piso del ático sin calefacción. Además, el cálculo debe realizarse para estructuras internas, si la diferencia de temperatura en las habitaciones adyacentes es superior a 8 grados.
Cálculo termotécnico de muros
La mayoría de las paredes y los techos son de varias capas y heterogéneos en su diseño. El cálculo de ingeniería térmica de las estructuras de cerramiento de una estructura multicapa es el siguiente:
Si consideramos una pared de ladrillo revocado, obtenemos la siguiente construcción:
- capa exterior de yeso de 3 cm de espesor, conductividad térmica 0,93 W(m x grados);
- mampostería de ladrillo macizo de arcilla de 64 cm, conductividad térmica 0,81 W(m x grados);
- Capa interior de yeso de 3 cm de espesor, conductividad térmica 0,93 W(m x grados).
La fórmula para el cálculo de ingeniería térmica de estructuras envolventes es la siguiente:
R=0.03/0.93 + 0.64/0.81 + 0.03/0.93=0.85(m x grados/W).
El valor resultante es significativamente menor que el valor de resistencia base determinado previamentetransferencia de calor de las paredes de un edificio residencial en Murmansk 3, 65 (m x deg / W). La pared no cumple con los requisitos reglamentarios y debe aislarse. Para el aislamiento de paredes, utilizamos paneles de lana mineral con un espesor de 150 mm y una conductividad térmica de 0,048 W (m x grado).
Habiendo seleccionado el sistema de aislamiento, es necesario realizar un cálculo termotécnico de verificación de las estructuras de cerramiento. A continuación se muestra un ejemplo de cálculo:
R=0,15/0,048 + 0,03/0,93 + 0,64/0,81 + 0,03/0,93=3,97(m x grados/W).
El valor calculado obtenido es mayor que el valor base - 3,65 (m x grados / W), la pared aislada cumple con los requisitos de las normas.
El cálculo de superposiciones y revestimientos combinados se realiza de manera similar.
Cálculo de ingeniería térmica de pisos en contacto con el suelo
A menudo, en casas particulares o edificios públicos, los pisos de los primeros pisos se hacen en el suelo. La resistencia a la transferencia de calor de tales pisos no está estandarizada, pero como mínimo, el diseño de los pisos no debe permitir que caiga rocío. El cálculo de estructuras en contacto con el suelo se realiza de la siguiente manera: los pisos se dividen en franjas (zonas) de 2 metros de ancho, a partir del límite exterior. Se asignan hasta tres de estas zonas, el área restante pertenece a la cuarta zona. Si el diseño del piso no proporciona un aislamiento efectivo, entonces la resistencia de transferencia de calor de las zonas se toma de la siguiente manera:
- 1 zona – 2, 1 (m x grados/W);
- 2 zona – 4, 3 (m x grados/W);
- 3 zona – 8, 6 (m x grados/W);
- 4 zona – 14, 3 (m x grados/W).
Es fácil ver que cuanto más lejos está el piso de la pared exterior, mayor es su resistencia a la transferencia de calor. Por lo tanto, a menudo se limitan a calentar el perímetro del piso. Al mismo tiempo, la resistencia a la transferencia de calor de la estructura aislada se suma a la resistencia a la transferencia de calor de la zona. A continuación se considerará un ejemplo del cálculo de pisos en el suelo. Tomemos el área de piso 10 x 10, igual a 100 metros cuadrados.
- El área de 1 zona será de 64 metros cuadrados.
- El área de la Zona 2 será de 32 metros cuadrados.
- El área de la Zona 3 será de 4 metros cuadrados.
Resistencia media a la transferencia de calor del suelo:Rsuelo=100 / (64/2, 1 + 32/4, 3 + 4/8, 6)=2,6 (m x grado/mar).
Habiendo completado el aislamiento del perímetro del suelo con una placa de espuma de poliestireno de 5 cm de espesor, una tira de 1 metro de ancho, obtenemos el valor medio de resistencia a la transferencia de calor:
Рpol=100 / (32/2, 1 + 32/(2, 1+0, 05/0, 032) + 32/4, 3 + 4/8, 6)=4, 09 (m x grados/W).
Es importante tener en cuenta que no solo se calculan los pisos de esta manera, sino también las estructuras de paredes en contacto con el suelo (paredes de un piso empotrado, sótano cálido).
Cálculo termotécnico de puertas
El valor base de la resistencia a la transferencia de calor de las puertas de entrada se calcula de forma algo diferente. Para calcularlo, primero deberá calcular la resistencia a la transferencia de calor de la pared según el criterio sanitario e higiénico (no caída).rocío): Rst=(Tv - Tn) / (DTn x av).
Aquí ДТн - la diferencia de temperatura entre la superficie interior de la pared y la temperatura del aire en la habitación, se determina de acuerdo con el Código de Reglas y para la vivienda es 4.0.
av - la transferencia de calor coeficiente de la superficie interior de la pared, según la empresa conjunta es 8, 7. El valor base de las puertas se toma igual a 0, 6xRst.
Para el diseño de la puerta seleccionada, se requiere realizar un cálculo termotécnico de verificación de las estructuras de cerramiento. Ejemplo de cálculo de puerta de entrada:
Rdv=0,6 x (20-(-30))/(4 x 8,7)=0,86 (m x grados/W).
Este valor de diseño corresponderá a una puerta aislada con un tablero de lana mineral de 5 cm de espesor.
Requisitos complejos
Se realizan cálculos de paredes, pisos o revestimientos para verificar elemento por elemento los requisitos de la normativa. El conjunto de normas también establece un requisito completo que caracteriza la calidad del aislamiento de todas las estructuras de cerramiento en su conjunto. Este valor se denomina "característica específica de protección térmica". Ni un solo cálculo termotécnico de estructuras de cerramiento puede prescindir de su verificación. A continuación se muestra un ejemplo de un cálculo de JV.
| Nombre del diseño | Cuadrado | R | C/R |
| Paredes | 83 | 3, 65 | 22, 73 |
| Cubierta | 100 | 5, 41 | 18, 48 |
| Techo del sótano | 100 | 4, 79 | 20, 87 |
| Windows | 15 | 0, 62 | 24, 19 |
| Puertas | 2 | 0, 8 | 2, 5 |
| Cantidad | 88, 77 |
Kob \u003d 88, 77 / 250 \u003d 0,35, que es menor que el valor normalizado de 0,52. En este caso, el área y el volumen se toman para una casa que mide 10 x 10 x 2,5 m. Transferencia de calor las resistencias son iguales a los valores base.
El valor normalizado se determina de acuerdo con la empresa conjunta, dependiendo del volumen calentado de la casa.
Además del requisito complejo, para elaborar un pasaporte energético, también realizan un cálculo de ingeniería térmica de las estructuras de cerramiento, se proporciona un ejemplo de un pasaporte en el Apéndice de SP50.13330.2012.
Coeficiente de uniformidad
Todos los cálculos anteriores son aplicables para estructuras homogéneas. Lo cual es bastante raro en la práctica. Para tener en cuenta las f altas de homogeneidad que reducen la resistencia a la transferencia de calor, se introduce un factor de corrección para la uniformidad térmica, r. Tiene en cuenta el cambio en la resistencia a la transferencia de calor introducido por aberturas de puertas y ventanas, esquinas externas, inclusiones no homogéneas (por ejemplo, dinteles, vigas, cinturones de refuerzo), puentes fríos, etc.
El cálculo de este coeficiente es bastante complicado, por lo que, de forma simplificada, puede utilizar valores aproximados de la literatura de referencia. Por ejemplo, para albañilería - 0.9, paneles de tres capas - 0.7.
Aislamiento efectivo
Al elegir un sistema de aislamiento para el hogar, es fácil asegurarse de que es casi imposible cumplir con los requisitos modernos de protección térmica sin el uso de un aislamiento efectivo. Entonces, si usa un ladrillo de arcilla tradicional, necesitará una mampostería de varios metros de espesor, lo cual no es económicamente factible. Al mismo tiempo, la baja conductividad térmica de los aislamientos modernos a base de poliestireno expandido o lana de roca le permite limitarse a espesores de 10-20 cm.
Por ejemplo, para lograr un valor base de resistencia a la transferencia de calor de 3,65 (m x grados/W), necesitaría:
- 3m de espesor de pared de ladrillo;
- colocación de bloques de hormigón celular 1, 4 m;
- aislamiento de lana mineral 0,18 m.
