Criar condições confortáveis para viver ou trabalhar é a principal tarefa da construção. Uma parte significativa do território do nosso país está localizada nas latitudes do norte com clima frio. Portanto, manter uma temperatura confortável nos edifícios é sempre importante. Com o crescimento das tarifas de energia, ganha destaque a redução do consumo de energia para aquecimento.
Características climáticas
A escolha da estrutura da parede e do telhado depende principalmente das condições climáticas da área de construção. Para determiná-los, é necessário consultar o SP131.13330.2012 "Climatologia da construção". As seguintes quantidades são usadas nos cálculos:
- a temperatura do período mais frio de cinco dias com segurança de 0,92, denotada por Tn;
- temperatura média, denotada por Tot;
- duração, denotada por ZOT.
No exemplo de Murmansk, os valores têm os seguintes valores:
- Тн=-30 graus;
- Tot=-3,4 graus;
- ZOT=275 dias.
Além disso, é necessário definir a temperatura do projeto dentro da TV da sala, determinada de acordo com o GOST 30494-2011. Para habitação, você pode tomar TV=20 graus.
Para realizar um cálculo de engenharia térmica de estruturas envolventes, pré-calcule o valor de GSOP (graus-dia do período de aquecimento):
GSOP=(Tv - Tot) x ZOT. Em nosso exemplo, GSOP=(20 - (-3, 4)) x 275=6435.
Indicadores chave
Para a escolha correta dos materiais da envolvente da construção, é necessário determinar quais as características térmicas que devem ter. A capacidade de uma substância de conduzir calor é caracterizada por sua condutividade térmica, denotada pela letra grega l (lambda) e é medida em W / (m x graus). A capacidade de uma estrutura de reter calor é caracterizada por sua resistência à transferência de calor R e é igual à razão entre espessura e condutividade térmica: R=d/l.
Se a estrutura consiste em várias camadas, a resistência é calculada para cada camada e depois somada.
Resistência à transferência de calor é o principal indicador de construção ao ar livre. Seu valor deve exceder o valor padrão. Ao realizar um cálculo de engenharia térmica da envolvente do edifício, devemos determinar a composição economicamente justificada das paredes e do telhado.
Valores de condutividade térmica
Qualidade do isolamentodeterminado principalmente pela condutividade térmica. Cada material certificado é submetido a ensaios laboratoriais, pelo que é determinado este valor para as condições de funcionamento "A" ou "B". Para o nosso país, a maioria das regiões corresponde às condições operacionais "B". Ao realizar um cálculo de engenharia de calor das estruturas envolventes de uma casa, esse valor deve ser usado. Os valores de condutividade térmica são indicados na etiqueta ou no passaporte do material, mas se não estiverem disponíveis, você poderá usar os valores de referência do Código de Prática. Os valores para os materiais mais populares estão listados abaixo:
- Alvenaria comum - 0,81 W(m x graus).
- Alvenaria de tijolos de silicato - 0,87 W(m x graus).
- Gás e concreto de espuma (densidade 800) - 0,37 W(m x graus).
- Madeira macia - 0,18 W(m x graus).
- Isopor extrudado - 0,032 W(m x graus).
- Placas de lã mineral (densidade 180) - 0,048 W(m x graus).
Valor regular da resistência à transferência de calor
O valor calculado da resistência à transferência de calor não deve ser menor que o valor base. O valor base é determinado de acordo com a Tabela 3 SP50.13330.2012 "Proteção térmica de edifícios". A tabela define os coeficientes para calcular os valores básicos de resistência à transferência de calor para todas as estruturas e tipos de edifícios envolventes. Dando continuidade ao cálculo termotécnico iniciado das estruturas envolventes, um exemplo de cálculo pode ser apresentado a seguir:
- Rsten=0,00035x6435 + 1,4=3,65 (m x graus/L).
- Rpokr=0, 0005х6435 +2, 2=5, 41 (m x graus/L).
- Rchard=0,00045x6435 + 1,9=4,79 (m x graus/L).
- Rockna=0,00005x6435 + 0,3=0,62 (m x graus/L).
Cálculo termotécnico da estrutura de fechamento externa é realizado para todas as estruturas que fecham o contorno "quente" - o piso no térreo ou o piso do subsolo técnico, as paredes externas (incluindo janelas e portas), o conjunto cobertura ou o piso do sótão não aquecido. Além disso, o cálculo deve ser realizado para estruturas internas, se a diferença de temperatura nas salas adjacentes for superior a 8 graus.
Cálculo termotécnico de paredes
A maioria das paredes e tetos são multicamadas e heterogêneos em seu design. O cálculo de engenharia térmica de estruturas envolventes de uma estrutura multicamada é o seguinte:
Se considerarmos uma parede rebocada de tijolos, obtemos a seguinte construção:
- camada externa de gesso com 3 cm de espessura, condutividade térmica 0,93 W(m x graus);
- alvenaria de tijolos de barro maciço 64 cm, condutividade térmica 0,81 W(m x graus);
- Camada interna de gesso com 3 cm de espessura, condutividade térmica 0,93 W(m x graus).
A fórmula para cálculo de engenharia térmica de estruturas envolventes é a seguinte:
R=0,03/0,93 + 0,64/0,81 + 0,03/0,93=0,85(m x graus/L).
O valor resultante é significativamente menor que o valor de resistência de base determinado anteriormentetransferência de calor das paredes de um edifício residencial em Murmansk 3, 65 (m x graus / W). A parede não atende aos requisitos regulamentares e precisa ser isolada. Para o isolamento das paredes, utilizamos placas de lã mineral com espessura de 150 mm e condutividade térmica de 0,048 W (m x graus).
Tendo selecionado o sistema de isolamento, é necessário realizar um cálculo termotécnico de verificação das estruturas envolventes. Um exemplo de cálculo é mostrado abaixo:
R=0,15/0,048 + 0,03/0,93 + 0,64/0,81 + 0,03/0,93=3,97(m x graus/L).
O valor calculado obtido é maior que o valor base - 3,65 (m x graus / W), a parede isolada atende aos requisitos das normas.
Cálculo de sobreposições e coberturas combinadas é realizado de forma semelhante.
Cálculo de engenharia térmica de pisos em contato com o solo
Muitas vezes em casas particulares ou prédios públicos os pisos dos primeiros andares são feitos no chão. A resistência à transferência de calor de tais pisos não é padronizada, mas no mínimo o projeto dos pisos não deve permitir que o orvalho caia. O cálculo das estruturas em contato com o solo é realizado da seguinte forma: os pisos são divididos em faixas (zonas) de 2 metros de largura, a partir do limite externo. Até três dessas zonas são alocadas, a área restante pertence à quarta zona. Se o projeto do piso não fornecer isolamento eficaz, a resistência à transferência de calor das zonas é considerada como segue:
- 1 zona – 2, 1 (m x graus/L);
- 2 zona – 4, 3 (m x graus/L);
- 3 zona – 8, 6 (m x graus/L);
- 4 zona – 14, 3 (m x graus/L).
É fácil perceber que quanto mais distante o piso estiver da parede externa, maior será sua resistência à transferência de calor. Portanto, eles geralmente se limitam a aquecer o perímetro do piso. Ao mesmo tempo, a resistência de transferência de calor da estrutura isolada é adicionada à resistência de transferência de calor da zona. Um exemplo do cálculo de pisos no terreno será considerado a seguir. Vamos pegar a área do piso 10 x 10, igual a 100 metros quadrados.
- A área de 1 zona será de 64 metros quadrados.
- A área da Zona 2 será de 32 metros quadrados.
- A área da Zona 3 será de 4 metros quadrados.
Resistência média de transferência de calor do piso no solo:Rfloor=100 / (64/2, 1 + 32/4, 3 + 4/8, 6)=2,6 (m x graus/ter).
Tendo concluído o isolamento do perímetro do piso com uma placa de espuma de poliestireno de 5 cm de espessura, uma tira de 1 metro de largura, obtemos o valor médio da resistência à transferência de calor:
Рpol=100 / (32/2, 1 + 32/(2, 1+0, 05/0, 032) + 32/4, 3 + 4/8, 6)=4, 09 (m x graus/L).
É importante notar que não só os pisos são calculados desta forma, mas também as estruturas de parede em contato com o solo (paredes de um piso recuado, porão quente).
Cálculo termotécnico de portas
O valor base da resistência à transferência de calor das portas de entrada é calculado de forma um pouco diferente. Para calculá-lo, primeiro você precisará calcular a resistência à transferência de calor da parede de acordo com o critério sanitário e higiênico (sem precipitaçãoorvalho): Rst=(Tv - Tn) / (DTn x av).
Aqui ДТн - a diferença de temperatura entre a superfície interna da parede e a temperatura do ar na sala, é determinada de acordo com o Código de Regras e para habitação é 4.0.
av - a transferência de calor coeficiente da superfície interna da parede, de acordo com a joint venture é 8, 7. O valor base das portas é igual a 0,6xRst.
Para o projeto de porta selecionado, é necessário realizar um cálculo termotécnico de verificação das estruturas de fechamento. Exemplo de cálculo de porta de entrada:
Rdv=0,6 x (20-(-30))/(4 x 8,7)=0,86 (m x graus/L).
Este valor de projeto corresponderá a uma porta isolada com uma placa de lã mineral de 5 cm de espessura.
Requisitos complexos
Os cálculos de paredes, pisos ou revestimentos são realizados para verificar os requisitos elemento a elemento do regulamento. O conjunto de regras estabelece ainda um requisito completo que caracteriza a qualidade do isolamento de todas as estruturas envolventes no seu conjunto. Este valor é chamado de "característica de proteção térmica específica". Nem um único cálculo termotécnico de estruturas de fechamento pode prescindir de sua verificação. Um exemplo de cálculo de JV é mostrado abaixo.
| Nome do desenho | Quadrado | R | A/R |
| Paredes | 83 | 3, 65 | 22, 73 |
| Cobertura | 100 | 5, 41 | 18, 48 |
| Teto do porão | 100 | 4, 79 | 20, 87 |
| Windows | 15 | 0, 62 | 24, 19 |
| Portas | 2 | 0, 8 | 2, 5 |
| Quantidade | 88, 77 |
Kob \u003d 88, 77 / 250 \u003d 0,35, que é menor que o valor normalizado de 0,52. Nesse caso, a área e o volume são calculados para uma casa medindo 10 x 10 x 2,5 m. Transferência de calor as resistências são iguais aos valores básicos.
O valor normalizado é determinado de acordo com a joint venture, dependendo do volume aquecido da casa.
Além do requisito complexo, para elaborar um passaporte energético, eles também realizam um cálculo de engenharia térmica de estruturas envolventes, um exemplo de passaporte é fornecido no Apêndice ao SP50.13330.2012.
Coeficiente de uniformidade
Todos os cálculos acima são aplicáveis para estruturas homogêneas. O que é bastante raro na prática. Para levar em conta as heterogeneidades que reduzem a resistência à transferência de calor, é introduzido um fator de correção para a uniformidade térmica, r. Leva em consideração a mudança na resistência à transferência de calor introduzida por aberturas de janelas e portas, cantos externos, inclusões não homogêneas (por exemplo, lintéis, vigas, cintas de reforço), pontes frias, etc.
O cálculo desse coeficiente é bastante complicado, portanto de forma simplificada, você pode utilizar valores aproximados da literatura de referência. Por exemplo, para alvenaria - 0,9, painéis de três camadas - 0,7.
Isolamento eficaz
Ao escolher um sistema de isolamento doméstico, é fácil ter certeza de que é quase impossível atender aos requisitos modernos de proteção térmica sem o uso de um isolamento eficaz. Então, se você usar um tijolo de barro tradicional, precisará de alvenaria com vários metros de espessura, o que não é economicamente viável. Ao mesmo tempo, a baixa condutividade térmica do isolamento moderno baseado em poliestireno expandido ou lã de rocha permite que você se limite a espessuras de 10 a 20 cm.
Por exemplo, para atingir um valor base de resistência à transferência de calor de 3,65 (m x graus/W), você precisaria de:
- parede de tijolos de 3m de espessura;
- colocação de blocos de concreto de espuma 1, 4 m;
- isolamento em lã mineral 0,18 m.
