Berechnung des Wärmeverlustes eines Privathauses anhand von Beispielen

Damit sich Ihr Haus nicht als bodenlose Grube für Heizkosten herausstellt, empfehlen wir Ihnen, die grundlegenden Richtungen der wärmetechnischen Forschung und die Berechnungsmethode zu studieren. Ohne vorläufige Berechnung der Wärmepermeabilität und der Feuchtigkeitsansammlung geht die gesamte Essenz des Wohnungsbaus verloren.

Physik wärmetechnischer Prozesse

Verschiedene Bereiche der Physik haben viel gemeinsam, um die Phänomene zu beschreiben, die sie untersuchen. So ist es auch in der Wärmetechnik: Die Prinzipien, die thermodynamische Systeme beschreiben, stimmen eindeutig mit den Grundlagen des Elektromagnetismus, der Hydrodynamik und der klassischen Mechanik überein. Schließlich geht es um die Beschreibung derselben Welt, daher ist es nicht verwunderlich, dass die Modelle physikalischer Prozesse in vielen Forschungsbereichen durch einige Gemeinsamkeiten gekennzeichnet sind..

Die Essenz thermischer Phänomene ist leicht zu verstehen. Die Temperatur eines Körpers oder der Grad seiner Erwärmung ist nichts anderes als ein Maß für die Intensität der Schwingungen der Elementarteilchen, aus denen dieser Körper besteht. Wenn zwei Teilchen kollidieren, überträgt dasjenige mit dem höheren Energieniveau offensichtlich Energie auf das Teilchen mit niedrigerer Energie, aber niemals umgekehrt. Dies ist jedoch nicht der einzige Weg des Energieaustauschs, die Übertragung ist auch mittels Wärmestrahlungsquanten möglich. In diesem Fall bleibt das Grundprinzip zwangsläufig erhalten: Ein von einem weniger erhitzten Atom emittiertes Quant kann keine Energie auf ein heißeres Elementarteilchen übertragen. Es reflektiert einfach von ihm und verschwindet entweder spurlos oder überträgt seine Energie mit weniger Energie auf ein anderes Atom.

Die Thermodynamik ist gut, weil die darin ablaufenden Prozesse absolut visuell sind und unter dem Deckmantel verschiedener Modelle interpretiert werden können. Die Hauptsache ist, grundlegende Postulate wie das Gesetz der Energieübertragung und das thermodynamische Gleichgewicht zu beachten. Wenn Ihre Idee diesen Regeln entspricht, können Sie die Technik der wärmetechnischen Berechnungen von und nach leicht verstehen.

Wärmeübertragungswiderstand

Die Fähigkeit eines Materials, Wärme zu übertragen, wird als Wärmeleitfähigkeit bezeichnet. Im allgemeinen Fall ist es immer höher, je größer die Dichte der Substanz ist und desto besser ist ihre Struktur für die Übertragung kinetischer Schwingungen geeignet.

Vergleich der Energieeffizienz verschiedener Baustoffe

Der Wärmewiderstand ist eine Größe, die umgekehrt proportional zur Wärmeleitfähigkeit ist. Für jedes Material nimmt diese Eigenschaft je nach Struktur, Form und einer Reihe anderer Faktoren eindeutige Werte an. Beispielsweise kann sich die Effizienz der Wärmeübertragung in der Materialdicke und in der Zone ihres Kontakts mit anderen Medien unterscheiden, insbesondere wenn sich zwischen den Materialien in einem anderen Aggregatzustand mindestens eine minimale Materieschicht befindet. Der Wärmewiderstand wird quantitativ ausgedrückt als Temperaturdifferenz geteilt durch den Wärmestrom:

R._t = (T.₂ – T.₁) / P.

Wo:

• R._t – Wärmewiderstand des Standortes, K / W;
• T.₂ – Temperatur am Anfang des Abschnitts, K;
• T.₁ – Temperatur des Abschnittsendes, K;
• P – Wärmefluss, W..

Bei der Berechnung des Wärmeverlusts spielt der Wärmewiderstand eine entscheidende Rolle. Jede umschließende Struktur kann als planparalleles Hindernis für den Wärmestrompfad dargestellt werden. Sein Gesamtwärmewiderstand ist die Summe der Widerstände jeder Schicht, während alle Trennwände zu einer räumlichen Struktur hinzugefügt werden, die tatsächlich ein Gebäude ist.

R._t = l / (& Dgr; S)

Wo:

• R._t – Wärmewiderstand des Schaltungsabschnitts, K / W;
• l ist die Länge des Wärmekreislaufabschnitts m;
• ? – Wärmeleitfähigkeitskoeffizient des Materials, W / (m · K);
• S – Querschnittsfläche des Standortes, m².

Faktoren, die den Wärmeverlust beeinflussen

Thermische Prozesse korrelieren gut mit elektrischen: Die Temperaturdifferenz wirkt in der Rolle der Spannung, der Wärmefluss kann als Stärke des Stroms betrachtet werden, aber für den Widerstand müssen Sie nicht einmal Ihren eigenen Begriff erfinden. Auch das Konzept des geringsten Widerstands, das in der Heiztechnik als Kaltbrücken erscheint, ist voll gültig..

Wenn wir ein beliebiges Material im Abschnitt betrachten, ist es ziemlich einfach, den Wärmestrompfad sowohl auf Mikro- als auch auf Makroebene festzulegen. Als erstes Modell nehmen wir eine Betonwand, bei der aus technologischen Gründen durch Befestigungen Stahlstangen eines beliebigen Abschnitts hergestellt werden. Stahl leitet Wärme etwas besser als Beton, daher können wir drei Hauptwärmeströme unterscheiden:

• durch die Dicke des Betons
• durch Stahlstangen
• von Stahlstangen bis Beton

Wärmeverlust durch kalte Brücken in Beton

Das letzte Wärmestrommodell ist am interessantesten. Da sich die Stahlstange schneller erwärmt, gibt es einen Temperaturunterschied zwischen den beiden Materialien näher an der Außenseite der Wand. Stahl „pumpt“ also nicht nur von selbst Wärme nach außen, sondern erhöht auch die Wärmeleitfähigkeit benachbarter Betonmassen.

In porösen Medien laufen thermische Prozesse auf ähnliche Weise ab. Fast alle Baustoffe bestehen aus einem verzweigten Feststoffnetz, dessen Raum mit Luft gefüllt ist. Somit ist der Hauptwärmeleiter ein festes, dichtes Material, aber aufgrund der komplexen Struktur ist der Weg, auf dem sich die Wärme ausbreitet, größer als der Querschnitt. Der zweite Faktor, der den Wärmewiderstand bestimmt, ist somit die Heterogenität jeder Schicht und der Gebäudehülle als Ganzes..

Reduzierung des Wärmeverlusts und Verlagerung des Taupunkts in die Dämmung mit Außenwanddämmung

Der dritte Faktor, der die Wärmeleitfähigkeit beeinflusst, ist die Ansammlung von Feuchtigkeit in den Poren. Wasser hat einen 20- bis 25-mal niedrigeren Wärmewiderstand als Luft. Wenn es also die Poren füllt, wird die Gesamtwärmeleitfähigkeit des Materials noch höher als wenn überhaupt keine Poren vorhanden wären. Wenn Wasser gefriert, wird die Situation noch schlimmer: Die Wärmeleitfähigkeit kann bis zu 80-mal ansteigen. Die Feuchtigkeitsquelle ist normalerweise Raumluft und atmosphärischer Niederschlag. Dementsprechend sind die drei Hauptmethoden zur Bewältigung dieses Phänomens die Abdichtung von Wänden von außen, die Verwendung von Dampfschutz und die Berechnung der Feuchtigkeitsansammlung, die notwendigerweise parallel zur Vorhersage des Wärmeverlusts durchgeführt wird..

Differenzierte Berechnungsschemata

Der einfachste Weg, den Wärmeverlust in einem Gebäude zu bestimmen, besteht darin, die Werte des Wärmeflusses durch die Strukturen, aus denen das Gebäude besteht, zu summieren. Diese Technik berücksichtigt vollständig den Unterschied in der Struktur verschiedener Materialien sowie die Besonderheiten des Wärmeflusses durch sie und in den Knoten des Widerlagers einer Ebene zur anderen. Ein derart dichotomer Ansatz vereinfacht die Aufgabe erheblich, da sich unterschiedliche umschließende Strukturen bei der Konstruktion von Wärmeschutzsystemen erheblich unterscheiden können. Dementsprechend ist es mit einer separaten Studie einfacher, die Höhe des Wärmeverlusts zu bestimmen, da hierfür verschiedene Berechnungsmethoden bereitgestellt werden:

• Bei Wänden sind Wärmelecks quantitativ gleich der Gesamtfläche multipliziert mit dem Verhältnis der Temperaturdifferenz zum Wärmewiderstand. In diesem Fall muss die Ausrichtung der Wände zu den Kardinalpunkten berücksichtigt werden, um ihre Erwärmung am Tag sowie die Blaskapazität von Gebäudestrukturen zu berücksichtigen.
• Für Fußböden ist die Technik dieselbe, berücksichtigt jedoch das Vorhandensein eines Dachraums und seine Funktionsweise. Auch die Raumtemperatur wird als Wert 3-5 ° C höher angenommen, die berechnete Luftfeuchtigkeit wird ebenfalls um 5-10% erhöht.
• Der Wärmeverlust durch den Boden wird zonal berechnet und beschreibt die Riemen entlang des Gebäudeumfangs. Dies liegt daran, dass die Temperatur des Bodens unter dem Boden in der Mitte des Gebäudes im Vergleich zum Fundament höher ist.
• Der Wärmefluss durch die Verglasung wird durch die Passdaten der Fenster bestimmt. Sie müssen auch die Art des Widerlagers der Fenster an den Wänden und die Tiefe der Hänge berücksichtigen.

Q = S (?T / R._t)

Wo:

• Q – Wärmeverlust, W;
• S – Wandfläche, m²;;
• ?T. – Temperaturunterschied innerhalb und außerhalb des Raumes, ° С;
• R._t – Beständigkeit gegen Wärmeübertragung, m²° С / W..

Berechnungsbeispiel

Bevor wir zum Demo-Beispiel übergehen, beantworten wir die letzte Frage: Wie kann der integrale Wärmewiderstand komplexer Mehrschichtstrukturen korrekt berechnet werden? Dies kann natürlich von Hand erfolgen, da im modernen Bauwesen nicht viele Arten von tragenden Basen und Isolationssystemen verwendet werden. Es ist jedoch ziemlich schwierig, das Vorhandensein von dekorativen Oberflächen, Innen- und Fassadenputz sowie den Einfluss aller Transienten und anderer Faktoren zu berücksichtigen. Es ist besser, automatisierte Berechnungen zu verwenden. Eine der besten Netzwerkressourcen für solche Aufgaben ist smartcalc.ru, die zusätzlich ein Taupunktverschiebungsdiagramm in Abhängigkeit von den klimatischen Bedingungen zeichnet.

Nehmen wir zum Beispiel ein beliebiges Gebäude, nachdem wir die Beschreibung studiert haben, deren Beschreibung der für die Berechnung erforderliche Anfangsdatensatz beurteilen kann. In der Region Leningrad befindet sich ein einstöckiges Haus von regelmäßiger rechteckiger Form mit den Abmessungen 8,5 x 10 m und einer Deckenhöhe von 3,1 m. Das Haus hat einen nicht isolierten Boden auf dem Boden mit Brettern auf Baumstämmen mit einem Luftspalt, die Bodenhöhe ist 0,15 m höher als die Bodenplanungsmarke auf dem Gelände. Wandmaterial – 42 cm dicker Schlackenmonolith mit bis zu 30 mm dickem Zement-Kalk-Innenputz und bis zu 50 mm dickem Außenschlackenzement-Putz vom Typ „Pelzmantel“. Gesamtverglasungsfläche – 9,5 m², Als Fenster wurde eine doppelt verglaste Einheit in einem wärmesparenden Profil mit einem durchschnittlichen Wärmewiderstand von 0,32 m verwendet²° С / W. Die Überlappung erfolgte auf Holzbalken: Der Boden wurde entlang der Schindeln verputzt, mit Hochofenschlacke gefüllt und oben mit einem Estrich bedeckt, über der Decke befand sich ein kalter Dachboden. Die Aufgabe der Berechnung des Wärmeverlusts ist die Bildung eines Wärmeschutzsystems für Wände.

Fußboden

Der erste Schritt besteht darin, den Wärmeverlust durch den Boden zu bestimmen. Da ihr Anteil am gesamten Wärmeabfluss am geringsten ist und auch auf eine Vielzahl von Variablen zurückzuführen ist (Dichte und Art des Bodens, Gefriertiefe, Massivität des Fundaments usw.), erfolgt die Berechnung des Wärmeverlusts nach einem vereinfachten Verfahren unter Verwendung des verringerten Widerstands gegen Wärmeübertragung. Entlang der Kontaktlinie mit der Erdoberfläche werden entlang des Gebäudeumfangs vier Zonen beschrieben – umkreisende Streifen mit einer Breite von 2 Metern. Für jede der Zonen wird ihr eigener Wert des verringerten Widerstands gegen Wärmeübertragung genommen. In unserem Fall gibt es drei Zonen mit einer Fläche von 74, 26 und 1 m². Lassen Sie sich nicht durch die Gesamtsumme der Zonenflächen verwirren, die um 16 m größer ist als die Fläche des Gebäudes², Der Grund dafür ist eine doppelte Neuberechnung der sich kreuzenden Streifen der ersten Zone in den Ecken, wo der Wärmeverlust im Vergleich zu den Abschnitten entlang der Wände viel höher ist. Anwenden von Wärmeübertragungswiderstandswerten von 2,1, 4,3 und 8,6 m²° С / W für die Zonen eins bis drei bestimmen wir den Wärmefluss durch jede Zone: 1,23, 0,21 bzw. 0,05 kW.

Wände

Unter Verwendung der Geländedaten sowie der Materialien und der Dicke der Schichten, die die Wände bilden, müssen Sie beim oben genannten Dienst smartcalc.ru die entsprechenden Felder ausfüllen. Nach den Ergebnissen der Berechnung beträgt der Widerstand gegen Wärmeübertragung 1,13 m²° C / W und der Wärmefluss durch die Wand beträgt 18,48 W pro Quadratmeter. Mit einer Gesamtwandfläche (ohne Verglasung) von 105,2 m² Der Gesamtwärmeverlust durch die Wände beträgt 1,95 kW / h. In diesem Fall beträgt der Wärmeverlust durch die Fenster 1,05 kW.

Überlappung und Dach

Die Berechnung des Wärmeverlusts durch den Dachboden kann auch im Online-Rechner durchgeführt werden, indem der gewünschte Typ der umschließenden Strukturen ausgewählt wird. Infolgedessen beträgt der Bodenwiderstand gegen Wärmeübertragung 0,66 m²° С / W und der Wärmeverlust beträgt 31,6 W pro Quadratmeter, dh 2,7 kW aus der gesamten Fläche der umschließenden Struktur.

Der gesamte Gesamtwärmeverlust beträgt nach Berechnungen 7,2 kWh. Bei einer ausreichend geringen Qualität der Gebäudestrukturen ist dieser Indikator offensichtlich viel niedriger als der tatsächliche. Tatsächlich ist eine solche Berechnung idealisiert, sie berücksichtigt keine speziellen Koeffizienten, Luftstrom, Konvektionskomponente der Wärmeübertragung, Verluste durch Belüftung und Eingangstüren. In der Tat können die tatsächlichen Wärmeverluste aufgrund der minderwertigen Installation der Fenster, des mangelnden Schutzes am Dachpfeiler der Mauerlat und der schlechten Abdichtung der Wände vom Fundament aus zwei- oder sogar dreimal höher sein als die berechneten. Trotzdem helfen bereits grundlegende wärmetechnische Studien zu bestimmen, ob die Strukturen eines im Bau befindlichen Hauses zumindest in erster Näherung den Hygienestandards entsprechen..

Wärmeverlust zu Hause

Abschließend geben wir eine wichtige Empfehlung: Wenn Sie die Wärmephysik eines bestimmten Gebäudes wirklich vollständig verstehen möchten, müssen Sie die in dieser Übersicht und in der Fachliteratur beschriebenen Prinzipien verstehen. Zum Beispiel kann Elena Malyavinas Nachschlagewerk „Wärmeverlust eines Gebäudes“ eine sehr gute Hilfe in dieser Angelegenheit sein, in der die Spezifität von wärmetechnischen Prozessen ausführlich erklärt wird, Links zu den erforderlichen behördlichen Dokumenten sowie Beispiele für Berechnungen und alle erforderlichen Referenzinformationen angegeben werden.