Wärmetechnische Berechnung eines Gebäudes: Einzelheiten und Formeln zur Durchführung von Berechnungen + praktische Beispiele

Während des Betriebs des Gebäudes sind sowohl Überhitzung als auch Gefrieren unerwünscht.Mit wärmetechnischen Berechnungen, die nicht weniger wichtig sind als die Berechnung von Effizienz, Festigkeit, Feuerwiderstand und Haltbarkeit, können Sie den goldenen Mittelwert ermitteln.

Basierend auf wärmetechnischen Standards, klimatischen Eigenschaften, Dampf- und Feuchtigkeitsdurchlässigkeit werden Materialien für den Bau von umschließenden Strukturen ausgewählt. Wir werden uns im Artikel ansehen, wie diese Berechnung durchgeführt wird.

Zweck der wärmetechnischen Berechnung

Viel hängt von den wärmetechnischen Eigenschaften der permanenten Gebäudehüllen ab. Dazu gehören die Luftfeuchtigkeit von Bauteilen und Temperaturindikatoren, die das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Kondenswasser an Innenwänden und Decken beeinflussen.

Die Berechnung zeigt, ob bei Plus- und Minustemperaturen stabile Temperatur- und Feuchtigkeitseigenschaften aufrechterhalten werden. Die Liste dieser Merkmale umfasst auch einen Indikator wie den Wärmeverlust der Gebäudehülle während der Kälteperiode.

Ohne all diese Daten können Sie nicht mit dem Entwurf beginnen. Darauf aufbauend werden die Dicke der Wände und Decken sowie die Schichtfolge gewählt.

Gemäß den Vorschriften GOST 30494-96, Temperaturwerte in Innenräumen. Im Durchschnitt sind es 21⁰. Gleichzeitig muss die relative Luftfeuchtigkeit in einem angenehmen Bereich bleiben, die im Durchschnitt bei 37 % liegt. Die höchste Geschwindigkeit der Luftmassenbewegung beträgt 0,15 m/s

Ziel der wärmetechnischen Berechnung ist es, Folgendes zu ermitteln:

1. Entsprechen die Ausführungen den genannten Anforderungen hinsichtlich des Wärmeschutzes?
2. Wie vollständig ist ein angenehmes Mikroklima im Gebäudeinneren gewährleistet?
3. Ist ein optimaler Wärmeschutz der Bauwerke gegeben?

Das Hauptprinzip besteht darin, ein Gleichgewicht der unterschiedlichen Temperaturindikatoren der Atmosphäre der inneren Strukturen von Zäunen und Räumlichkeiten aufrechtzuerhalten. Wenn dies nicht befolgt wird, wird die Wärme von diesen Oberflächen absorbiert und die Temperatur im Inneren bleibt sehr niedrig.

Die Innentemperatur sollte durch Änderungen im Wärmefluss nicht wesentlich beeinflusst werden. Diese Eigenschaft wird als Hitzebeständigkeit bezeichnet.

Durch die Durchführung einer thermischen Berechnung werden die optimalen Grenzen (Minimum und Maximum) der Abmessungen von Wand- und Deckenstärken ermittelt. Dies gewährleistet den Betrieb des Gebäudes über einen langen Zeitraum, ohne dass es zu extremem Einfrieren der Bauwerke oder Überhitzung kommt.

Optionen zur Durchführung von Berechnungen

Um Wärmeberechnungen durchzuführen, benötigen Sie Anfangsparameter.

Sie hängen von einer Reihe von Merkmalen ab:

1. Zweck des Gebäudes und seine Art.
2. Ausrichtungen vertikaler umschließender Strukturen relativ zu den Himmelsrichtungen.
3. Geografische Parameter des zukünftigen Zuhauses.
4. Das Volumen des Gebäudes, seine Anzahl der Stockwerke, die Fläche.
5. Arten und Abmessungen von Tür- und Fensteröffnungen.
6. Art der Heizung und ihre technischen Parameter.
7. Anzahl der ständigen Einwohner.
8. Materialien für vertikale und horizontale Zaunkonstruktionen.
9. Obergeschossdecken.
10. Warmwasserversorgungsgeräte.
11. Art der Belüftung.

Bei der Berechnung werden auch andere Konstruktionsmerkmale des Bauwerks berücksichtigt. Die Luftdurchlässigkeit der umschließenden Strukturen sollte nicht zu einer übermäßigen Abkühlung im Inneren des Hauses beitragen und die Wärmeschutzeigenschaften der Elemente beeinträchtigen.

Auch durch Staunässe an den Wänden kommt es zu Wärmeverlusten und damit auch zu Feuchtigkeit, die sich negativ auf die Haltbarkeit des Gebäudes auswirkt.

Im Berechnungsprozess werden zunächst die wärmetechnischen Daten der Baustoffe ermittelt, aus denen die Gebäudehüllenelemente bestehen. Darüber hinaus sind der verringerte Wärmeübergangswiderstand und die Einhaltung seines Richtwertes zu ermitteln.

Formeln zur Durchführung von Berechnungen

Der Wärmeverlust eines Hauses kann in zwei Hauptteile unterteilt werden: Verluste durch die Gebäudehülle und Verluste, die durch den Betrieb des Gebäudes verursacht werden. Belüftungssystem. Darüber hinaus geht Wärme verloren, wenn warmes Wasser in die Kanalisation eingeleitet wird.

Verluste durch Gebäudehüllen

Für die Materialien, aus denen die umschließenden Strukturen bestehen, muss der Wert des Wärmeleitfähigkeitsindex Kt (W/m x Grad) ermittelt werden. Sie finden sich in den entsprechenden Fachbüchern.

Wenn man nun die Dicke der Schichten kennt, ergibt sich folgende Formel: R = S/KtBerechnen Sie den Wärmewiderstand jeder Einheit. Wenn die Struktur mehrschichtig ist, werden alle erhaltenen Werte addiert.

Die Größe der Wärmeverluste lässt sich am einfachsten ermitteln, indem man die Wärmeströme durch die eigentlichen Gebäudehüllen addiert

Geleitet von dieser Methodik berücksichtigen sie die Tatsache, dass die Materialien, aus denen die Struktur besteht, eine unterschiedliche Struktur haben. Dabei wird auch berücksichtigt, dass der durch sie hindurchströmende Wärmestrom unterschiedliche Spezifika aufweist.

Für jede einzelne Struktur wird der Wärmeverlust durch die Formel bestimmt:

Q = (A / R) x dT

Hier:

• A ist die Fläche in m².
• R ist der Widerstand der Struktur gegen Wärmeübertragung.
• dT ist der Temperaturunterschied zwischen außen und innen.Sie muss für den kältesten 5-Tage-Zeitraum ermittelt werden.

Wenn Sie die Berechnung auf diese Weise durchführen, können Sie das Ergebnis nur für den kältesten Fünf-Tage-Zeitraum erhalten. Der Gesamtwärmeverlust für die gesamte kalte Jahreszeit wird unter Berücksichtigung des dT-Parameters ermittelt, wobei nicht die niedrigste, sondern die durchschnittliche Temperatur berücksichtigt wird.

Das Ausmaß der Wärmeaufnahme sowie der Wärmeübertragung hängt von der Luftfeuchtigkeit des Klimas in der Region ab. Aus diesem Grund werden in den Berechnungen Feuchtekarten verwendet.

Anschließend wird die Energiemenge berechnet, die erforderlich ist, um den Wärmeverlust sowohl durch die Gebäudehülle als auch durch die Belüftung auszugleichen. Es wird mit dem Symbol W bezeichnet.

Dafür gibt es eine Formel:

W = ((Q + Qв) x 24 x N)/1000

Darin ist N die Dauer der Heizperiode in Tagen.

Nachteile der Flächenberechnung

Die Berechnung anhand des Flächenindikators ist nicht sehr genau. Dabei werden Parameter wie Klima, Temperaturindikatoren (Minimum und Maximum) und Luftfeuchtigkeit nicht berücksichtigt. Aufgrund der Nichtbeachtung vieler wichtiger Punkte weist die Berechnung erhebliche Fehler auf.

Oft wird versucht, diese abzudecken, indem das Projekt eine „Reserve“ vorsieht.

Sollte dennoch diese Berechnungsmethode gewählt werden, müssen folgende Nuancen berücksichtigt werden:

1. Wenn die Höhe vertikaler Zäune bis zu drei Meter beträgt und nicht mehr als zwei Öffnungen auf einer Fläche vorhanden sind, ist es besser, das Ergebnis mit 100 W zu multiplizieren.
2. Wenn das Projekt einen Balkon, zwei Fenster oder eine Loggia umfasst, multiplizieren Sie mit durchschnittlich 125 W.
3. Wenn es sich bei den Räumlichkeiten um Industrie- oder Lagerräume handelt, wird ein Multiplikator von 150 W verwendet.
4. Werden Heizkörper in der Nähe von Fenstern angebracht, erhöht sich ihre Auslegungsleistung um 25 %.

Die Flächenformel lautet:

Q=S x 100 (150) W.

Dabei ist Q das behagliche Wärmeniveau im Gebäude, S die beheizte Fläche in m². Die Zahlen 100 oder 150 geben die spezifische Menge an Wärmeenergie an, die zum Heizen von 1 m² verbraucht wird.

Lüftungsverluste im Haus

Der entscheidende Parameter ist in diesem Fall die Luftwechselrate. Sofern die Wände des Hauses dampfdurchlässig sind, ist dieser Wert gleich eins.

Das Eindringen kalter Luft in das Haus erfolgt durch Zuluft. Durch die Absaugung kann warme Luft entweichen. Der Rekuperator-Wärmetauscher reduziert Verluste durch Belüftung. Es lässt keine Wärme mit der Abluft entweichen und erwärmt die einströmenden Luftströme

Es ist vorgesehen, dass die Luft im Gebäude innerhalb einer Stunde vollständig erneuert wird. Gebäude, die nach DIN-Norm gebaut werden, verfügen über Wände mit Dampfsperren, daher wird hier die Luftwechselrate mit zwei angenommen.

Es gibt eine Formel, die den Wärmeverlust durch das Lüftungssystem bestimmt:

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

Dabei bedeuten die Symbole Folgendes:

1. Qв - Wärmeverlust.
2. V ist das Raumvolumen in mᶾ.
3. P ist die Luftdichte. sein Wert wird mit 1,2047 kg/mᶾ angenommen.
4. Kv - Luftwechselkurs.
5. C ist die spezifische Wärmekapazität. Es entspricht 1005 J/kg x C.

Basierend auf den Ergebnissen dieser Berechnung ist es möglich, die Leistung des Wärmeerzeugers der Heizungsanlage zu bestimmen. Wenn der Leistungswert zu hoch ist, kann die Lösung der Situation sein Lüftungsgerät mit Rekuperator. Schauen wir uns ein paar Beispiele für Häuser aus unterschiedlichen Materialien an.

Beispiel einer wärmetechnischen Berechnung Nr. 1

Berechnen wir ein Wohngebäude in der Klimaregion 1 (Russland), Unterbezirk 1B. Alle Daten stammen aus Tabelle 1 von SNiP 23-01-99. Die kälteste über fünf Tage beobachtete Temperatur mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,92 beträgt tn = -22⁰С.

Gemäß SNiP beträgt die Heizperiode (ZOP) 148 Tage. Die durchschnittliche Temperatur während der Heizperiode mit der durchschnittlichen täglichen Lufttemperatur im Freien beträgt 8⁰ - ges = -2,3⁰. Die Außentemperatur während der Heizperiode beträgt t = -4,4⁰.

Der Wärmeverlust eines Hauses ist der wichtigste Punkt in der Entwurfsphase. Die Wahl der Baustoffe und Dämmung hängt von den Berechnungsergebnissen ab. Es gibt keine Nullverluste, Sie müssen jedoch darauf achten, dass diese so sinnvoll wie möglich sind

Als Bedingung wurde festgelegt, dass die Temperatur in den Räumen des Hauses 22⁰ betragen sollte. Das Haus hat zwei Stockwerke und 0,5 m dicke Wände. Seine Höhe beträgt 7 m, seine Grundrissmaße betragen 10 x 10 m. Das Material der vertikalen Umfassungskonstruktionen ist warme Keramik. Der Wärmeleitkoeffizient beträgt dabei 0,16 W/m x C.

Als Außendämmung wurde Mineralwolle mit einer Dicke von 5 cm verwendet. Der Kt-Wert dafür beträgt 0,04 W/m x C. Die Anzahl der Fensteröffnungen im Haus beträgt 15 Stück. Jeweils 2,5 m².

Wärmeverlust durch Wände

Zunächst müssen Sie den Wärmewiderstand sowohl der Keramikwand als auch der Isolierung bestimmen. Im ersten Fall ist R1 = 0,5: 0,16 = 3,125 Quadratfuß. m x C/W. Im zweiten - R2 = 0,05: 0,04 = 1,25 qm. m x C/W. Im Allgemeinen gilt für eine vertikale Gebäudehülle: R = R1 + R2 = 3,125 + 1,25 = 4,375 m². m x C/W.

Da der Wärmeverlust direkt proportional zur Fläche der umschließenden Strukturen ist, berechnen wir die Fläche der Wände:

A = 10 x 4 x 7 – 15 x 2,5 = 242,5 m²

Jetzt können Sie den Wärmeverlust durch die Wände ermitteln:

Qс = (242,5: 4,375) x (22 – (-22)) = 2438,9 W.

Der Wärmeverlust durch horizontale Umfassungskonstruktionen wird auf ähnliche Weise berechnet. Am Ende werden alle Ergebnisse zusammengefasst.

Wenn ein Keller vorhanden ist, ist der Wärmeverlust durch Fundament und Boden geringer, da die Berechnung die Temperatur des Bodens und nicht der Außenluft berücksichtigt

Wenn der Keller unter dem Boden des Erdgeschosses beheizt ist, muss der Boden nicht gedämmt werden. Noch besser ist es, die Kellerwände mit einer Dämmung auszukleiden, damit die Wärme nicht ins Erdreich entweicht.

Ermittlung von Verlusten durch Belüftung

Um die Berechnung zu vereinfachen, berücksichtigen sie nicht die Dicke der Wände, sondern ermitteln lediglich das Luftvolumen im Inneren:

V = 10x10x7 = 700 mᶾ.

Bei einer Luftwechselrate von Kv = 2 beträgt der Wärmeverlust:

Qв = (700 x 2) : 3600) x 1,2047 x 1005 x (22 – (-22)) = 20.776 W.

Wenn Kv = 1:

Qв = (700 x 1) : 3600) x 1,2047 x 1005 x (22 – (-22)) = 10.358 W.

Rotations- und Plattenwärmetauscher sorgen für eine effektive Belüftung von Wohngebäuden. Der Wirkungsgrad des ersteren ist höher und erreicht 90 %.

Beispiel einer wärmetechnischen Berechnung Nr. 2

Es müssen Verluste durch eine 51 cm dicke Ziegelwand berechnet werden, die mit einer 10 cm dicken Schicht Mineralwolle isoliert ist. Außen - 18⁰, innen - 22⁰. Die Abmessungen der Mauer betragen 2,7 m Höhe und 4 m Länge. Die einzige Außenwand des Raumes ist nach Süden ausgerichtet, es gibt keine Außentüren.

Für Ziegel beträgt der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient Kt = 0,58 W/mºC, für Mineralwolle - 0,04 W/mºC. Wärmewiderstand:

R1 = 0,51: 0,58 = 0,879 Quadratfuß. m x C/W. R2 = 0,1: 0,04 = 2,5 qm. m x C/W. Im Allgemeinen gilt für eine vertikale Gebäudehülle: R = R1 + R2 = 0,879 + 2,5 = 3,379 Quadratfuß. m x C/W.

Außenwandfläche A = 2,7 x 4 = 10,8 m²

Wärmeverlust durch die Wand:

Qс = (10,8: 3,379) x (22 – (-18)) = 127,9 W.

Zur Berechnung von Verlusten durch Fenster wird dieselbe Formel verwendet, ihr Wärmewiderstand ist jedoch in der Regel im Pass angegeben und muss nicht berechnet werden.

Bei der Wärmedämmung eines Hauses sind Fenster das „schwächste Glied“. Durch sie geht ein relativ großer Teil der Wärme verloren. Mehrschichtige Doppelglasfenster, wärmereflektierende Folien und Doppelrahmen reduzieren Verluste, aber auch dies trägt nicht dazu bei, Wärmeverluste vollständig zu vermeiden

Verfügt das Haus über Energiesparfenster der Größe 1,5 x 1,5 m², die nach Norden ausgerichtet sind und der Wärmedurchlasswiderstand 0,87 m2°C/W beträgt, betragen die Verluste:

Qо = (2,25: 0,87) x (22 – (-18)) = 103,4 t.

Beispiel einer wärmetechnischen Berechnung Nr. 3

Führen wir eine thermische Berechnung eines Holzblockhauses mit einer Fassade aus Kiefernstämmen mit einer Schichtdicke von 0,22 m durch. Der Koeffizient für dieses Material beträgt K = 0,15. In dieser Situation beträgt der Wärmeverlust:

R = 0,22: 0,15 = 1,47 m² x ⁰С/W.

Die niedrigste Temperatur des Fünf-Tage-Zeitraums beträgt -18⁰, für die Behaglichkeit im Haus ist die Temperatur auf 21⁰ eingestellt. Der Unterschied beträgt 39⁰. Bezogen auf eine Fläche von 120 m² ergibt sich:

Qс = 120 x 39: 1,47 = 3184 W.

Lassen Sie uns zum Vergleich die Verluste eines Backsteinhauses ermitteln. Der Koeffizient für Kalksandstein beträgt 0,72.

R = 0,22: 0,72 = 0,306 m² x ⁰С/W.
Qс = 120 x 39: 0,306 = 15.294 W.

Unter den gleichen Voraussetzungen ist ein Holzhaus wirtschaftlicher. Für den Mauerbau ist Kalksandstein hier überhaupt nicht geeignet.

Die Holzkonstruktion hat eine hohe Wärmekapazität. Seine umschließenden Strukturen halten lange Zeit eine angenehme Temperatur aufrecht. Dennoch muss auch ein Blockhaus isoliert werden, und zwar sowohl innen als auch außen

Bauherren und Architekten empfehlen dies auf jeden Fall Wärmeberechnung für Heizungsanlage für die richtige Auswahl der Ausrüstung und in der Hausentwurfsphase für die Auswahl eines geeigneten Dämmsystems.

Wärmeberechnungsbeispiel Nr. 4

Das Haus wird in der Region Moskau gebaut. Für die Berechnung wurde eine Wand aus Schaumstoffblöcken herangezogen. So wird die Dämmung aufgetragen extrudierter Polystyrolschaum. Der Abschluss der Struktur besteht auf beiden Seiten aus Putz. Seine Struktur ist Kalkstein-Sand.

Expandiertes Polystyrol hat eine Dichte von 24 kg/m³.

Die relative Luftfeuchtigkeit im Raum beträgt 55 % bei einer Durchschnittstemperatur von 20⁰. Schichtdicke:

• Gips - 0,01 m;
• Schaumbeton - 0,2 m;
• expandiertes Polystyrol - 0,065 m.

Die Aufgabe besteht darin, den erforderlichen und tatsächlichen Wärmeübergangswiderstand zu ermitteln. Der erforderliche Rtr wird durch Ersetzen der Werte im Ausdruck bestimmt:

Rtr=a x GSOP+b

wobei GOSP der Gradtag der Heizperiode ist, a und b Koeffizienten aus Tabelle Nr. 3 des Code of Rules 50.13330.2012 sind. Da es sich bei dem Gebäude um ein Wohngebäude handelt, beträgt a 0,00035, b = 1,4.

Der GSOP wird anhand einer Formel berechnet, die demselben SP entnommen wurde:

GOSP = (tv – tot) x zot.

In dieser Formel ist tв = 20⁰, tоt = -2,2⁰, zоt - 205 die Heizperiode in Tagen. Somit:

GSOP = (20 – (-2,2)) x 205 = 4551⁰ C x Tag;

Rtr = 0,00035 x 4551 + 1,4 = 2,99 m2 x C/W.

Bestimmen Sie anhand der Tabelle Nr. 2 SP50.13330.2012 die Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten für jede Schicht der Wand:

• λb1 = 0,81 W/m ⁰С;
• λb2 = 0,26 W/m ⁰С;
• λb3 = 0,041 W/m ⁰С;
• λb4 = 0,81 W/m ⁰С.

Der gesamte bedingte Wärmeübertragungswiderstand Ro ist gleich der Summe der Widerstände aller Schichten. Die Berechnung erfolgt nach folgender Formel:

Diese Formel stammt aus SP 50.13330.2012. Dabei ist 1/av der Widerstand gegen die Wärmewahrnehmung von Innenflächen. 1/an – das gleiche wie extern, δ / λ – thermischer Widerstand der Schicht

Wenn wir die Werte ersetzen, erhalten wir: Rо arb. = 2,54 m2°C/W. Rф wird durch Multiplikation von Ro mit einem Koeffizienten r gleich 0,9 bestimmt:

Rf = 2,54 x 0,9 = 2,3 m2 x °C/W.

Das Ergebnis erfordert eine Änderung der Konstruktion des umschließenden Elements, da der tatsächliche Wärmewiderstand geringer ist als der berechnete.

Es gibt viele Computerdienste, die Berechnungen beschleunigen und vereinfachen.

Wärmeberechnungen stehen in direktem Zusammenhang mit der Bestimmung Taupunkt. Was es ist und wie man seine Bedeutung erkennt, erfahren Sie in dem von uns empfohlenen Artikel.

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Wärmetechnische Berechnungen mit einem Online-Rechner durchführen:

Richtige wärmetechnische Berechnung:

Mit einer kompetenten wärmetechnischen Berechnung können Sie die Wirksamkeit der Isolierung der Außenelemente des Hauses beurteilen und die Leistung der erforderlichen Heizgeräte bestimmen.

Dadurch können Sie beim Einkauf von Materialien und Heizgeräten Geld sparen. Es ist besser, im Voraus zu wissen, ob die Geräte mit der Beheizung und Klimatisierung des Gebäudes zurechtkommen, als alles aufs Geratewohl zu kaufen.

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