≡× МЕНЮ

• Ремонт
• Ремонт 
• Дизайн интерьера
• Обо всём
• О сантехнике

Как рассчитать теплопотери помещения. Утепление дома. Куда уходит тепло из дома? Сопротивление теплопередаче слоя стены

Сегодня многие семьи выбирают для себя загородный дом как место постоянного проживания или круглогодичного отдыха. Однако его содержание, и в особенности оплата коммунальных услуг, - довольно затратны, при этом большинство домовладельцев - вовсе не олигархи. Одна из наиболее значительных статей расхода для любого домовладельца - это расходы на отопление. Чтобы минимизировать их, необходимо ещё на стадии строительства коттеджа задуматься об энергосбережении. Рассмотрим этот вопрос более подробно.

«О проблемах энергетической эффективности жилья обычно вспоминают в ракурсе городского ЖКХ, однако владельцам индивидуальных домов эта тема подчас гораздо ближе, - считает Сергей Якубов , заместитель директора по продажам и маркетингу , ведущего производителя кровельных и фасадных систем в России. - Расходы на отопление дома могут составлять гораздо больше половины стоимости его содержания в холодное время года и достигают порой десятков тысяч рублей. Однако при грамотном подходе к теплоизоляции жилого дома эту сумму можно существенно сократить ».

Собственно, отапливать дом нужно для того, чтобы постоянно поддерживать в нём комфортную температуру, независимо от того, что творится на улице. При этом нужно учитывать теплопотери как через ограждающие конструкции, так и через вентиляцию, т.к. тепло уходит вместе с нагретым воздухом, взамен которого поступает охлаждённый, а также тот факт, что некоторое количество тепла выделяют люди, находящиеся в доме, бытовая техника, лампы накаливания и т.п.

Чтобы понять, сколько тепла мы должны получить от своей системы отопления и сколько денег на это придётся потратить, попробуем оценить вклад каждого из прочих факторов в тепловой баланс на примере расположенного в Московской области кирпичного двухэтажного дома с общей площадью помещений 150 м2 (для упрощения вычислений мы считали, что размеры коттеджа в плане примерно 8,7х8,7 м и он имеет 2 этажа высотой по 2,5 м).

Теплопотери через ограждающие конструкции (кровлю, стены, пол)

Интенсивность теплопотерь определяется двумя факторами: разницей температур внутри и снаружи дома и сопротивлением его ограждающих конструкций теплопередаче. Разделив разницу температур Δt на коэффициент сопротивления теплопередаче Ro стен, кровли, пола, окон и дверей и умножив на площадь S их поверхности, можно вычислить интенсивность теплопотерь Q:

Q = (Δt/R o)*S

Разница температур Δt - величина непостоянная, она меняется от сезона к сезону, в течение дня, в зависимости от погоды и т.д. Однако нашу задачу упрощает то обстоятельство, что нам необходимо оценить потребность в тепле суммарно за год. Поэтому для приближённого расчёта мы вполне можем использовать такой показатель, как среднегодовая температура воздуха для выбранной местности. Для Московской области это +5,8°C. Если принять за комфортную температуру в доме +23°C, то наша усреднённая разница составит

Δt = 23°C - 5,8°C = 17,2°C

Стены. Площадь стен нашего дома (2 квадратных этажа 8,7х8,7 м высотой 2,5 м) будет примерно равна

S = 8,7 * 8,7 * 2,5 * 2 = 175 м 2

Однако из этого нужно вычесть площадь окон и дверей, для которых мы рассчитаем теплопотери отдельно. Предположим, что входная дверь у нас одна, стандартного размера 900х2000 мм, т.е. площадью

S двери = 0,9 * 2 = 1,8 м 2 ,

а окон - 16 штук (по 2 на каждой стороне дома на обоих этажах) размером 1500х1500 мм, суммарная площадь которых составит

S окон = 1,5 * 1,5 * 16 = 36 м 2 .

Итого - 37,8 м 2 . Оставшаяся площадь кирпичных стен -

S стен = 175 - 37,8 = 137,2 м 2 .

Коэффициент сопротивления теплопередаче стены в 2 кирпича равен 0,405 м2°C/Вт. Для простоты пренебрежём сопротивлением теплопередаче слоя штукатурки, покрывающей стены дома изнутри. Таким образом, тепловыделение всех стен дома составит:

Q стен = (17,2°C / 0,405м 2 °C/Вт) * 137,2 м 2 = 5,83 кВт

Кровля. Для простоты расчётов будем считать, что сопротивление теплопередаче кровельного пирога равно сопротивлению теплопередаче слоя утеплителя. Для лёгкой минераловатной теплоизоляции толщиной 50-100 мм, чаще всего применяемой для утепления кровель, оно примерно равно 1,7 м 2 °C/Вт. Сопротивлением теплопередаче чердачного перекрытия пренебрежём: допустим, что в доме есть мансарда, которая сообщается с другими помещениями и между всеми ними тепло распределяется равномерно.

Площадь двускатной кровли при уклоне в 30° составит

S кровли = 2 * 8,7 * 8,7 / Cos30° = 87 м 2 .

Таким образом, её тепловыделение составит:

Q кровли = (17,2°C / 1,7м 2 °C/Вт) * 87 м 2 = 0,88 кВт

Пол. Сопротивление теплопередаче деревянного пола - примерно 1,85 м2°C/Вт. Произведя аналогичные расчёты, получим тепловыделение:

Q пола = (17,2°C / 1,85м 2 °C/Вт) * 75 2 = 0,7 кВт

Двери и окна. Их сопротивление теплопередаче приблизительно равно соответственно 0,21 м 2 °C/Вт (двойная деревянная дверь) и 0,5 м 2 °C/Вт (обычный двухкамерный стеклопакет, без дополнительных энергоэффективных «примочек»). В итоге получим тепловыделение:

Q двери = (17,2°C / 0,21Вт/м 2 °C) * 1,8м 2 = 0,15 кВт

Q окна = (17,2°C / 0,5м 2 °C/Вт) * 36м 2 = 1,25 кВт

Вентиляция. По строительным нормам коэффициент воздухообмена для жилого помещения должен быть не менее 0,5, а лучше - 1, т.е. за час воздух в помещении должен обновляться полностью. Таким образом, при высоте потолков 2,5 м - это примерно 2,5 м 3 воздуха в час на квадратный метр площади. Этот воздух необходимо нагреть от уличной температуры (+5,8°C) до температуры помещения (+23°C).

Удельная теплоёмкость воздуха - это количество теплоты, необходимое для повышения температуры 1 кг вещества на 1°C - равна примерно 1,01 кДж/кг°C. При этом плотность воздуха в интересующем нас диапазоне температур составляет примерно 1,25 кг/м 3 , т.е. масса 1 его кубометра равна 1,25 кг. Таким образом, для нагрева воздуха на 23-5,8=17,2°C на каждый квадратный метр площади потребуется:

1,01 кДж/кг°C * 1,25 кг/м 3 * 2,5 м 3 /час * 17,2°C = 54,3 кДж/час

Для дома площадью 150 м2 это будет:

54,3 * 150 = 8145 кДж/час = 2,26 кВт

Подведём итог

Теплопотери через	Разница температур, °C	Площадь, м2	Сопротивление теплопередаче, м2°C/Вт	Теплопотери, кВт
Стены	17,2	175	0,41	5,83
Кровля	17,2	87	1,7	0,88
Пол	17,2	75	1,85	0,7
Двери	17,2	1,8	0,21	0,15
Окна	17,2	36	0,5	0,24
Вентиляция	17,2	-	-	2,26
Итого:				11,06

Сейчас надышим!

Предположим, что в доме живёт семья из двоих взрослых с двумя детьми. Норма питания взрослого человека - 2600-3000 калорий в сутки, что эквивалентно мощности тепловыделения в 126 Вт. Тепловыделение ребёнка будем оценивать в половину тепловыделения взрослого. Если все обитали дома находятся в нём 2/3 всего времени, то получим:

(2*126 + 2*126/2)*2/3 = 252 Вт

Допустим, что в доме 5 комнат, освещённых обыкновенными лампами накаливания мощностью 60 Вт (не энергосберегающими), по 3 на комнату, которые включены в среднем по 6 часов в сутки (т.е. 1/4 всего времени). Примерно 85% потребляемой лампой мощности превращается в тепло. Итого получим:

5*60*3*0,85*1/4 = 191 Вт

Холодильник - очень эффективный нагревательный прибор. Его тепловыделение - 30% от максимальной потребляемой мощности, т.е. 750 Вт.

Другая бытовая техника (пусть это будут стиральная и посудомоечная машины) выделяет в виде тепла около 30% максимальной потребляемой мощности. Средняя мощность указанных приборов - 2,5 Квт, работают они примерно по 2 часа в сутки. Итого получим 125 Вт.

Стандартная электроплита с духовкой имеет мощность примерно в 11 кВт, однако встроенный ограничитель регулирует работу нагревательных элементов таким образом, чтобы их одновременное потребление не превышало 6 кВт. Впрочем, вряд ли мы когда-то используем больше, чем половину конфорок одновременно или сразу все тэны духовки. Поэтому будем исходить из того, что средняя рабочая мощность плиты - примерно 3 кВт. Если она работает часа 3 в день, то получим тепла 375 Вт.

Каждый компьютер (а их в доме 2) выделяет примерно 300 Вт тепла и работает 4 часа в сутки. Итого - 100 Вт.

Телевизор - это 200 Вт и 6 часов в сутки, т.е. на круг - 50 Вт.

В сумме получаем: 1,84 кВт .

Теперь вычислим требуемую тепловую мощность системы отопления:

Q отопления = 11,06 - 1,84 = 9,22 кВт

Расходы на отопление

Собственно, выше мы вычислили мощность, которая будет необходима для нагрева теплоносителя. А греть его мы будем, естественно, с помощью котла. Таким образом, расходы на отопление - это расходы на топливо для этого котла. Поскольку мы рассматриваем самый общий случай, то сделаем расчёт для наиболее универсального жидкого (дизельного) топлива, т.к. газовые магистрали есть далеко не везде (а стоимость их подведения - это цифра с 6 нулями), а твёрдое топливо нужно, во-первых, как-то привозить, а во-вторых - каждые 2-3 часа подбрасывать в топку котла.

Чтобы узнать, какой объём V дизтоплива в час нам придётся жечь для обогрева дома, нужно удельную теплоту его сгорания q (количество тепла, выделяемое при сжигании единицы массы или объёма топлива, для дизтоплива - примерно 13,95 кВт*ч/л) умножить на КПД котла η (примерно 0,93 у дизельных) и затем требуемую мощность системы отопления Qотопления (9,22 кВт) поделить на полученную цифру:

V = Q отопления /(q*η) = 9,22 кВт / (13,95 кВт*ч/л) * 0,93) = 0,71 л/ч

При средней для Московской области стоимости дизтоплива 30 руб./л в год на отопление дома у нас уйдёт

0,71 * 30руб. * 24часа * 365дней = 187 тыс. руб. (округленно) .

Как сэкономить?

Естественное желание любого домовладельца - снизить затраты на отопление ещё на стадии строительства. Куда же имеет смысл вкладывать деньги?

В первую очередь следует подумать об утеплении фасада, на долю которого, как мы убедились ранее, приходится основной объём всех теплопотерь дома. В общем случае для этого может использоваться внешнее или внутреннее дополнительное утепление. Однако внутреннее утепление гораздо менее эффективно: при монтаже теплоизоляции изнутри граница раздела тёплой и холодной областей «перемещается» внутрь дома, т.е. в толще стен будет конденсироваться влага.

Существует два способа утепления фасадов: «мокрый» (штукатурка) и путём установки навесного вентилируемого фасада. Практика показывает, что из-за необходимости постоянного ремонта «мокрое» утепление с учётом эксплуатационных расходов оказывается в итоге почти вдвое дороже вентилируемого фасада. Основным недостатком штукатурного фасада является высокая стоимость его обслуживания и содержания. «Первоначальные затраты на обустройство такого фасада ниже, чем для навесного вентилируемого, всего на 20-25%, максимум на 30%, - объясняет Сергей Якубов («Металл Профиль»). - Однако с учётом расходов на текущий ремонт, который нужно делать не реже чем раз в 5 лет, уже по истечении первой пятилетки штукатурный фасад сравняется по стоимости с вентилируемым, а за 50 лет (срок службы вентфасада) - окажется дороже его в 4-5 раз ».

Что же представляет собой навесной вентилируемый фасад? Это наружный «экран», закреплённый на лёгком металлическом каркасе, который крепится к стене специальными кронштейнами. Между стеной дома и экраном размещается лёгкий утеплитель (например, Isover «ВентФасад Низ» толщиной от 50 до 200 мм), а также ветрогидрозащитная мембрана (например, Tyvek Housewrap). В качестве наружной облицовки могут использоваться различные материалы, но в индивидуальном строительстве чаще всего применяется стальной сайдинг. «Использование при производстве сайдинга современных высокотехнологичных материалов, таких как сталь с покрытием Colorcoat Prisma™, позволяет подобрать практически любое дизайнерское решение, - говорит Сергей Якубов. - Этот материал обладает превосходной устойчивостью как к коррозии, так и к механическим воздействиям. Срок гарантии на него составляет 20 лет при реальном сроке эксплуатации в 50 лет и более. Т.е. при условии использования стального сайдинга вся фасадная конструкция прослужит 50 лет без ремонта ».

Дополнительный слой фасадного утеплителя из минваты имеет сопротивление теплопередаче примерно 1,7 м2°C/Вт (см. выше). В строительстве, чтобы вычислить сопротивление теплопередаче многослойной стены, складывают соответствующие значения для каждого из слоёв. Как мы помним, наша основная несущая стена в 2 кирпича имеет сопротивление теплопередаче 0,405 м2°C/Вт. Поэтому для стены с вентфасадом получим:

0,405 + 1,7 = 2,105 м 2 °C/Вт

Таким образом, после утепления тепловыделение наших стен составит

Q фасад = (17,2°C / 2,105м 2 °C/Вт) * 137,2 м 2 = 1,12 кВт,

что в 5,2 раза меньше аналогичного показателя для неутеплённого фасада. Впечатляет, не правда ли?

Снова вычислим требуемую тепловую мощность системы отопления:

Q отопления-1 = 6,35 - 1,84 = 4,51 кВт

Расход дизтоплива:

V 1 = 4,51 кВт / (13,95 кВт*ч/л) * 0,93) = 0,35 л/ч

Сумма на отопление:

0,35 * 30руб. * 24часа * 365дней = 92 тыс. руб.

Энергоэффективная реконструкция здания поможет сэкономить тепловую энергию и повысить комфортность жизни. Наибольший потенциал экономии заключается в хорошей теплоизоляции наружных стен и крыши. Самый простой способ оценить возможности эффективного ремонта – это потребление тепловой энергии. Если в год потребляется более 100 кВт ч электроэнергии (10 м³ природного газа) на квадратный метр отапливаемой площади, включая площадь стен, то энергосберегающий ремонт может быть выгодным.

Потери тепла через внешнюю оболочку

Основная концепция энергосберегающего здания – это сплошной слой теплоизоляции над нагретой поверхностью контура дома.

1. Крыша. С толстым слоем теплоизоляции потери тепла через крышу можно уменьшить;

Важно! В деревянных конструкциях теплозащитное уплотнение крыши затруднено, так как древесина набухает и может повреждаться от большой влажности.

1. Стены. Как и с крышей, потери тепла снижаются при применении специального покрытия. В случае внутренней теплоизоляции стен существует риск того, что конденсат будет собираться за изоляцией, если влажность в помещении слишком высокая;

1. Пол или подвал. По практическим соображениям тепловая изоляция производится изнутри здания;
2. Термические мосты. Тепловые мосты представляют собой нежелательные охлаждающие ребра (теплопроводники) снаружи здания. Например, бетонный пол, который одновременно является балконным полом. Многие тепловые мосты находятся в области почвы, парапетах, оконных и дверных рамах. Существуют также временные тепловые мосты, если детали стен закреплены металлическими элементами. Термомосты могут составлять значительную часть потерь тепла;
3. Окна. За последние 15 лет теплоизоляция оконного стекла улучшилась в 3 раза. Сегодняшние окна обладают специальным отражающим слоем на стеклах, что уменьшает потери излучения, это одно,- и двухкамерные стеклопакеты;
4. Вентиляция. Обычное здание имеет воздушные утечки, особенно в области окон, дверей и на крыше, что обеспечивает необходимый воздухообмен. Однако в холодное время года это вызывает значительные теплопотери дома от выходящего нагретого воздуха. Хорошие современные здания достаточно воздухонепроницаемы, и необходимо регулярно вентилировать помещения, открывая окна на несколько минут. Чтобы уменьшить потери тепла за счет вентиляции, все чаще устанавливаются комфортные вентиляционные системы. Этот вид теплопотерь оценивается в 10-40%.

Термографические съемки в здании с плохой изоляцией дают представление о том, как много тепла теряется. Это очень хороший инструмент для контроля качества ремонта или нового строительства.

Способы оценки теплопотерь дома

Существуют сложные методики расчетов, учитывающие различные физические процессы: конвекционный обмен, излучение, но они часто являются излишними. Обычно используются упрощенные формулы, а при необходимости можно добавить к полученному результату 1-5%. Ориентация здания учитывается в новых постройках, но солнечное излучение также не влияет значительно на расчет теплопотерь.

Важно! При применении формул для расчетов потерь тепловой энергии всегда учитывается время нахождения людей в том или ином помещении. Чем оно меньше, тем меньшие температурные показатели надо брать за основу.

1. Усредненные величины. Самый приблизительный метод, не обладает достаточной точностью. Существуют таблицы, составленные для отдельных регионов с учетом климатических условий и средних параметров здания. Например, для конкретной местности указывается значение мощности в киловаттах, необходимое для нагрева 10 м² площади помещения с потолками высотой 3 м и одним окном. Если потолки ниже или выше, и в комнате 2 окна, показатели мощности корректируются. Этот метод совершенно не учитывает степень теплоизоляции дома и не даст экономии тепловой энергии;
2. Расчет теплопотерь ограждающего контура здания. Суммируется площадь внешних стен за вычетом размеров площадей окон и дверей. Дополнительно находится площадь крыши с полом. Дальнейшие расчеты ведутся по формуле:

Q = S x ΔT/R, где:

• S – найденная площадь;
• ΔT – разность между внутренней и наружной температурами;
• R – сопротивление передаче тепла.

Результат, полученный для стен, пола и крыши, объединяется. Затем добавляются вентиляционные потери.

Важно! Такой подсчет теплопотерь поможет определиться с мощностью котла для здания, но не позволит рассчитать покомнатное количество радиаторов.

1. Расчет теплопотерь по комнатам. При использовании аналогичной формулы рассчитываются потери для всех комнат здания по отдельности. Затем находятся теплопотери на вентиляцию путем определения объема воздушной массы и примерного количества раз в день ее смены в помещении.

Важно! При расчете вентиляционных потерь нужно обязательно учитывать назначение помещения. Для кухни и ванной комнаты необходима усиленная вентиляция.

Пример расчета теплопотерь жилого дома

Применяется второй способ расчета, только для внешних конструкций дома. Через них уходит до 90 процентов тепловой энергии. Точные результаты важны, чтобы выбрать необходимый котел для отдачи эффективного тепла без излишнего нагрева помещений. Также это показатель экономической эффективности выбранных материалов для теплозащиты, показывающий, как быстро можно окупить затраты на их приобретение. Расчеты упрощенные, для здания без наличия многослойного теплоизоляционного слоя.

Дом обладает площадью 10 х 12 м и высотой 6 м. Стены толщиной в 2,5 кирпича (67 см), покрытые штукатуркой, слоем 3 см. В доме 10 окон 0,9 х 1 м и дверь 1 х 2 м.

Расчет сопротивления передаче тепла стен:

1. R = n/λ, где:

• n – толщина стен,
• λ – удельная теплопроводность (Вт/(м °C).

Это значение ищется по таблице для своего материала.

1. Для кирпича:

Rкир = 0,67/0,38 = 1,76 кв.м °C/Вт.

1. Для штукатурного покрытия:

Rшт = 0,03/0,35 = 0,086 кв.м °C/Вт;

1. Общая величина:

Rст = Rкир + Rшт = 1,76 + 0,086 = 1,846 кв.м °C/Вт;

Вычисление площади внешних стен:

1. Общая площадь внешних стен:

S = (10 + 12) х 2 х 6 = 264 кв.м.

1. Площадь окон и дверного проема:

S1 = ((0,9 х 1) х 10) + (1 х 2) = 11 кв.м.

1. Скорректированная площадь стен:

S2 = S – S1 = 264 – 11 = 253 кв.м.

Тепловые потери для стен будут определяться:

Q = S x ΔT/R = 253 х 40/1,846 = 6810,22 Вт.

Важно! Значение ΔT взято произвольно. Для каждого региона в таблицах можно отыскать среднее значение этой величины.

На следующем этапе идентичным образом высчитываются теплопотери через фундамент, окна, крышу, дверь. При вычислении показателя тепловых потерь для фундамента берется меньшая разность температур. Затем надо просуммировать все полученные цифры и получить итоговую.

Чтобы определить возможный расход электроэнергии на отопление, можно представить эту цифру в кВт ч и рассчитать ее за отопительный сезон.

Если использовать только цифру для стен, получается:

• за сутки:

6810,22 х 24 = 163,4 кВт ч;

• за месяц:

163,4 х 30 = 4903,4 кВт ч;

• за отопительный сезон 7 месяцев:

4903,4 х 7 =34 323,5 кВт ч.

Когда отопление газовое, определяется расход газа, исходя из его теплоты сгорания и коэффициента полезного действия котла.

Тепловые потери на вентиляцию

1. Найти воздушный объем дома:

10 х 12 х 6 = 720 м³;

1. Масса воздуха находится по формуле:

М = ρ х V, где ρ – плотность воздуха (берется из таблицы).

М = 1, 205 х 720 = 867,4 кг.

1. Надо определить цифру, сколько раз сменяется воздух во всем доме за сутки (например, 6 раз), и высчитать теплопотери на вентиляцию:

Qв = nxΔT xmx С, где С – удельная теплоемкость для воздуха, n – число раз замены воздуха.

Qв = 6 х 40 х 867,4 х 1,005 = 209217 кДж;

1. Теперь надо перевести в Квт ч. Так как в одном киловатт-часе 3600 килоджоулей, то 209217 кДж = 58,11 кВт ч

Некоторые методики расчета предлагают взять потери тепла на вентиляцию от 10 до 40 процентов общих теплопотерь, не высчитывая их по формулам.

Для облегчения расчетов теплопотерь дома есть калькуляторы онлайн, где можно вычислить результат для каждой комнаты или дома целиком. В предлагаемые поля просто вводятся свои данные.

Видео

Теплопотери определены для отапливаемых помещений 101, 102, 103, 201, 202 согласно плана этажей.

Основные теплопотери , Q (Вт), вычисляются по формуле:

Q = K × F × (t int - t ext) × n,

где: К – коэффициент теплопередачи ограждающей конструкцией;

F – площадь ограждающих конструкций;

n – коэффициент, учитывающий положение ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху, приняты согласно табл. 6 «Коэффициент, учитывающий зависимость положения ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху» СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Для перекрытия над холодными подвалами и чердачными перекрытиями согласно п. 2 n = 0,9.

Общие теплопотери

Согласно п. 2а прил. 9 СНиП 2.04.05-91* добавочные теплопотери рассчитываются в зависимости от ориентации: стены, двери и окна, обращенные на север, восток, северо-восток и северо-запад в размере 0,1, на юго-восток и запад - в размере 0,05; в угловых помещениях дополнительно - по 0,05 на каждую стену, дверь и окно, обращённые на север, восток, северо-восток и северо-запад.

Согласно п. 2г прил. 9 СНиП 2.04.05-91* добавочные теплопотери для двойных дверей с тамбурами между ними принимаются равными 0,27 H, где H – высота здания.

Теплопотери на инфильтрацию для жилых помещений, согласно прил. 10 СНиП 2.04.05-91* «Отопление, вентиляция и кондиционирование», приняты по формуле

Q i = 0,28 × L × p × c × (t int - t ext) × k,

где: L – расход удаляемого воздуха, не компенсируемый приточным воздухом: 1м 3 /ч на 1м 2 пло щади жилых помещений и кухни объемом более 60 м 3 ;

c – удельная теплоемкость воздуха, равная 1кДж / кг × °С;

p – плотность наружного воздуха при t ext равная 1,2 кг / м 3 ;

(t int - t ext) – разность внутренней и наружной температур;

k – коэффициент теплопередачи – 0,7.

Q 101 = 0,28 × 108,3 м 3 × 1,2кг / м 3 × 1кДж / кг × °С × 57 × 0,7 = 1452,5 Вт ,

Q 102 = 0,28 × 60,5м 3 × 1,2кг / м 3 × 1кДж / кг × °С × 57× 0,7 = 811,2 Вт ,

Бытовые поступления тепла рассчитываются из расчёта 10 Вт/м 2 поверхности пола жилых помещений.

Расчётные теплопотери помещения определены как Q расч = Q + Q i - Q быт

Ведомость расчёта теплопотерь помещений

№ помещения

Наименование помещения

Наименование ограждающей конструкции

Ориентация помещения

Размер ограждения, F , м 2

Площадь ограждения (F ), м 2

Коэффициент теплопередачи, кВт/м 2 ° C

t вн - t нар , ° C

Коэффициент, n

Основные теплопотери (Q осн. ),Вт

Добавочные теплопотери %

Коэффициент добавок

Общие теплопотери, (Q общ ), Вт

Расход тепла на инфильтрацию, (Q i ), Вт

Бытовые тепло- поступления, Вт

Расчетные теплопотери, (Q расч. ), Вт

На ориентацию

прочие

Жилая комната

Σ 1138,4

Жилая комната

Σ 474,3

Жилая комната

Σ 1161,4

Жилая комната

Σ 491,1

Лестничная клетка

Σ 2225,2

НС – наружная стена, ДО – двойное остекление, ПЛ – пол, ПТ – потолок, НДД – наружная двойная дверь с тамбуром

Чтобы ваш дом не оказался бездонной ямой для расходов на отопление, предлагаем изучить базовые направления теплотехнических изысканий и методологию расчётов. Без предварительного расчёта тепловой проницаемости и влагонакопления теряется вся суть жилищного строительства.

Физика теплотехнических процессов

Различные области физики имеют много схожего в описании явлений, которые ими изучаются. Так и в теплотехнике: принципы, описывающие термодинамические системы, наглядно перекликаются с основами электромагнетизма, гидродинамики и классической механики. В конце концов, речь идёт об описании одного и того же мира, поэтому не удивительно, что модели физических процессов характеризуются некоторыми общими чертами во многих областях исследований.

Суть тепловых явлений понять легко. Температура тела или степень его нагрева есть не что иное, как мера интенсивности колебаний элементарных частиц, из которых это тело состоит. Очевидно, что при столкновении двух частиц та, у которой энергетический уровень выше, будет передавать энергию частице с меньшей энергией, но никогда наоборот. Однако это не единственный путь обмена энергией, передача возможна также посредством квантов теплового излучения. При этом базовый принцип обязательно сохраняется: квант, излученный менее нагретым атомом, не в состоянии передать энергию более горячей элементарной частице. Он попросту отражается от неё и либо пропадает бесследно, либо передаёт свою энергию другому атому с меньшей энергией.

Термодинамика хороша тем, что происходящие в ней процессы абсолютно наглядны и могут интерпретироваться под видом различных моделей. Главное — соблюдать базовые постулаты, такие как закон передачи энергии и термодинамического равновесия. Так что если ваше представление соответствует этим правилам, вы легко поймёте методику теплотехнических расчётов от и до.

Понятие сопротивления теплопередаче

Способность того или иного материала передавать тепло называется теплопроводностью. В общем случае она всегда выше, чем больше плотность вещества и чем лучше его структура приспособлена для передачи кинетических колебаний.

Величиной, обратно пропорциональной тепловой проводимости, является термическое сопротивление. У каждого материала это свойство принимает уникальные значения в зависимости от структуры, формы, а также ряда прочих факторов. Например, эффективность передачи тепла в толще материалов и в зоне их контакта с другими средами могут отличаться, особенно если между материалами есть хотя бы минимальная прослойка вещества в другом агрегатном состоянии. Количественно термическое сопротивление выражается как разница температур, разделённая на мощность теплового потока:

R t = (T 2 - T 1) / P

• R t — термическое сопротивление участка, К/Вт;
• T 2 — температура начала участка, К;
• T 1 — температура конца участка, К;
• P — тепловой поток, Вт.

В контексте расчёта теплопотерь термическое сопротивление играет определяющую роль. Любая ограждающая конструкция может быть представлена как плоскопараллельная преграда на пути теплового потока. Её общее термическое сопротивление складывается из сопротивлений каждого слоя, при этом все перегородки складываются в пространственную конструкцию, являющуюся, собственно, зданием.

R t = l / (λ·S)

• R t — термическое сопротивление участка цепи, К/Вт;
• l — длина участка тепловой цепи, м;
• λ — коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м·К);
• S — площадь поперечного сечения участка, м 2 .

Факторы, влияющие на теплопотери

Тепловые процессы хорошо коррелируют с электротехническими: в роли напряжения выступает разница температур, тепловой поток можно рассматривать как силу тока, ну а для сопротивления даже своего термина придумывать не нужно. Также в полной степени справедливо и понятие наименьшего сопротивления, фигурирующего в теплотехнике как мостики холода.

Если рассматривать произвольный материал в разрезе, достаточно легко установить путь теплового потока как на микро-, так и на макроуровне. В качестве первой модели примем бетонную стену, в которой по технологической необходимости выполнены сквозные крепления стальными стержнями произвольного сечения. Сталь проводит тепло несколько лучше бетона, поэтому мы можем выделить три основных тепловых потока:

• через толщу бетона
• через стальные стержни
• от стальных стержней к бетону

Модель последнего теплового потока наиболее занимательна. Поскольку стальной стержень прогревается быстрее, то ближе к наружной части стены будет наблюдаться разница температур двух материалов. Таким образом, сталь не только «перекачивает» тепло наружу сама по себе, она также увеличивает тепловую проводимость прилегающих к ней масс бетона.

В пористых средах тепловые процессы протекают похожим образом. Практически все строительные материалы состоят из разветвлённой паутины твёрдого вещества, пространство между которым заполнено воздухом. Таким образом, основным проводником тепла служит твёрдый, плотный материал, но за счёт сложной структуры путь, по которому распространяется теплота, оказывается больше поперечного сечения. Таким образом, второй фактор, определяющий термическое сопротивление, это неоднородность каждого слоя и ограждающей конструкции в целом.

Третьим фактором, влияющим на теплопроводность, мы можем назвать накопление влаги в порах. Вода имеет термическое сопротивление в 20-25 раз ниже, чем у воздуха, таким образом, если она наполняет поры, в целом теплопроводность материала становится даже выше, чем если бы пор вообще не было. При замерзании воды ситуация становится ещё хуже: теплопроводность может возрасти до 80 раз. Источником влаги, как правило, служит комнатный воздух и атмосферные осадки. Соответственно, три основных метода борьбы с таким явлением — это наружная гидроизоляция стен, использование парозащиты и расчёт влагонакопления, который обязательно производится параллельно прогнозированию теплопотерь.

Дифференцированные схемы расчёта

Простейший способ установить размер тепловых потерь здания — суммировать значения теплового потока через конструкции, которыми это здание образовано. Такая методика полностью учитывает разницу в структуре различных материалов, а также специфику теплового потока сквозь них и в узлах примыкания одной плоскости к другой. Такой дихотомический подход сильно упрощает задачу, ведь разные ограждающие конструкции могут существенно отличаться в устройстве систем теплозащиты. Соответственно, при раздельном исследовании определить сумму теплопотерь проще, ведь для этого предусмотрены различные способы вычислений:

• Для стен утечки теплоты количественно равны общей площади, умноженной на отношение разницы температур к тепловому сопротивлению. При этом обязательно берётся во внимание ориентация стен по сторонам света для учёта их нагрева в дневное время, а также продуваемость строительных конструкций.
• Для перекрытий методика та же, но при этом учитывается наличие чердачного помещения и режим его эксплуатации. Также за комнатную температуру принимается значение на 3-5 °С выше, расчётная влажность тоже увеличена на 5-10%.
• Теплопотери через пол рассчитывают зонально, описывая пояса по периметру здания. Связано это с тем, что температура грунта под полом выше у центра здания по сравнению с фундаментной частью.
• Тепловой поток через остекление определяется паспортными данными окон, также нужно учитывать тип примыкания окон к стенам и глубину откосов.

Q = S · (Δ T / R t)

• Q —тепловые потери, Вт;
• S — площадь стен, м 2 ;
• ΔT — разница температур внутри и снаружи помещения, ° С;
• R t — сопротивление теплопередаче, м 2 ·°С/Вт.

Пример расчёта

Прежде чем перейти к демонстрационному примеру, ответим на последний вопрос: как правильно рассчитать интегральное термическое сопротивление сложных многослойных конструкций? Это, конечно, можно сделать вручную, благо, что в современном строительстве используется не так много типов несущих оснований и систем утепления. Однако учесть при этом наличие декоративной отделки, интерьерной и фасадной штукатурки, а также влияние всех переходных процессов и прочих факторов достаточно сложно, лучше воспользоваться автоматизированными вычислениями. Один из лучших сетевых ресурсов для таких задач — smartcalc.ru , который дополнительно составляет диаграмму смещения точки росы в зависимости от климатических условий.

Для примера возьмём произвольное здание, изучив описание которого читатель сможет судить о наборе исходных данных, необходимых для расчёта. Имеется одноэтажный дом правильной прямоугольной формы размерами 8,5х10 м и высотой потолков 3,1 м, расположенный в Ленинградской области. В доме выполнен неутеплённый пол по грунту досками на лагах с воздушным зазором, высота пола на 0,15 м превышает отметку планирования грунта на участке. Материал стен — шлаковый монолит толщиной 42 см с внутренней цементно-известковой штукатуркой толщиной до 30 мм и наружной шлаково-цементной штукатуркой типа «шуба» толщиной до 50 мм. Общая площадь остекления — 9,5 м 2 , в качестве окон использован двухкамерный стеклопакет в теплосберегающем профиле с усреднённым термическим сопротивлением 0,32 м 2 ·°С/Вт. Перекрытие выполнено на деревянных балках: снизу оштукатурено по дранке, заполнено доменным шлаком и сверху укрыто глиняной стяжкой, над перекрытием — чердак холодного типа. Задача расчёта теплопотерь — формирование системы теплозащиты стен.

Первым делом определяются тепловые потери через пол. Поскольку их доля в общем оттоке тепла наименьшая, а также по причине большого числа переменных (плотность и тип грунта, глубина промерзания, массивность фундамента и т. д.), расчёт теплопотерь проводится по упрощённой методике с использованием приведённого сопротивления теплопередаче. По периметру здания, начиная от линии контакта с поверхностью земли, описывается четыре зоны — опоясывающих полосы шириной по 2 метра. Для каждой из зон принимается собственное значение приведённого сопротивления теплопередаче. В нашем случае имеется три зоны площадью по 74, 26 и 1 м 2 . Пусть вас не смущает общая сумма площадей зон, которая больше площади здания на 16 м 2 , причина тому — двойной пересчёт пересекающихся полос первой зоны в углах, где теплопотери значительно выше по сравнению с участками вдоль стен. Применяя значения сопротивления теплопередаче в 2,1, 4,3 и 8,6 м 2 ·°С/Вт для зон с первой по третью, мы определяем тепловой поток через каждую зону: 1,23, 0,21 и 0,05 кВт соответственно.

Стены

Используя данные о местности, а также материалы и толщину слоёв, которыми образованы стены, на упомянутом выше сервисе smartcalc.ru нужно заполнить соответствующие поля. По результатам расчёта сопротивление теплопередаче оказывается равным 1,13 м 2 ·°С/Вт, а тепловой поток через стену — 18,48 Вт на каждом квадратном метре. При общей площади стен (за вычетом остекления) в 105,2 м 2 общие теплопотери через стены составляют 1,95 кВт/ч. При этом потери тепла через окна составят 1,05 кВт.

Перекрытие и кровля

Расчёт теплопотерь через чердачное перекрытие также можно выполнить в онлайн-калькуляторе, выбрав нужный тип ограждающих конструкций. В результате сопротивление перекрытия теплопередаче составляет 0,66 м 2 ·°С/Вт, а потери тепла — 31,6 Вт с квадратного метра, то есть 2,7 кВт со всей площади ограждающей конструкции.

Итого суммарные теплопотери согласно расчётам составляют 7,2 кВт·ч. При достаточно низком качестве строительных конструкций здания этот показатель очевидно сильно ниже реального. На самом деле такой расчёт идеализирован, в нём не учтены специальные коэффициенты, продуваемость, конвекционная составляющая теплообмена, потери через вентиляцию и входные двери. В действительности, из-за некачественной установки окон, отсутствия защиты на примыкании кровли к мауэрлату и плохой гидроизоляции стен от фундамента реальные теплопотери могут быть в 2 или даже 3 раза больше расчётных. Тем не менее, даже базовые теплотехнические исследования помогают определиться, будут ли конструкции строящегося дома соответствовать санитарным нормам хотя бы в первом приближении.

Напоследок дадим одну важную рекомендацию: если вы действительно хотите получить полное представление о тепловой физике конкретного здания, необходимо использовать понимание описанных в этом обзоре принципов и специальную литературу. Например, очень хорошим подспорьем в этом деле может стать справочное пособие Елены Малявиной «Теплопотери здания», где весьма подробно объяснена специфика теплотехнических процессов, даны ссылки на необходимые нормативные документы, а также приведены примеры расчётов и вся необходимая справочная информация.

Условно теплопотери частного дома можно разделить на две группы:

• Естественные — потери тепла через стены, окна или крышу здания. Это потери которые невозможно полностью устранить, но зато их можно свести к минимуму.
• «Утечки тепла» — дополнительные теплопотери, которых чаще всего можно избежать. Это различные визуально незаметные ошибки: скрытые дефекты, ошибки монтажа и т.п., которые невозможно обнаружить визуально. Для этого используется тепловизор.

Далее предлагаем вашему вниманию 15 примеров таких «утечек». Это реальные проблемы, которые чаще всего встречаются в частных домах. Вы увидите какие проблемы могут присутствовать в вашем доме и на что следует обратить внимание.

Некачественная теплоизоляция стен

Изоляция работает не так эффективно, как могла бы. На термограмме видно, что температура на поверхности стены распределена неравномерно. То есть, одни участки стены нагреваются сильнее других (чем ярче цвет, тем выше температура). А это значит что и потери тепла в ни сильнее, что неправильно для утепленной стены.

В данном случае яркие области это пример неэффективной работы изоляции. Вероятно что пенопласт в этих места поврежден, некачественно смонтирован или отсутствует вовсе. Поэтому после утепления здания важно убедиться, что работы выполнены качественно и изоляция работает эффективно.

Некачественная теплоизоляция крыши

Стык между деревянной балкой и минеральной ватой недостаточно уплотнен. Из-за этого изоляция работает недостаточно эффективно и обеспечивает дополнительные потери тепла через крышу, которых можно было бы избежать.

Радиатор засорен и отдает мало тепла

Одна из причин почему в доме холодно — некоторые секции радиатора не нагреваются. Это может быть вызвано несколькими причинами: строительный мусор, скопление воздуха или заводской брак. Но результат один — радиатор работает в половину своей отопительной мощности и недостаточно греет помещение.

Радиатор «греет» улицу

Еще один пример неэффективной работы радиатора.

Внутри помещения установлен радиатор, который очень сильно нагревает стену. В результате часть выделяемого им тепла уходит на улицу. Фактически тепло используется для обогрева улицы.

Близкая укладка теплых полов к стене

Труба теплого пола уложена близко к наружной стене. Теплоноситель в системе охлаждается более интенсивно и его приходится подогревать чаще. Результат - увеличение затрат на отопление.

Приток холода через щели в окнах

Часто в окнах присутствуют щели, которые появляются из-за:

• недостаточного прижатия окна к оконной раме;
• износа уплотнительных резинок;
• некачественного монтажа окна.

Через щели в помещение постоянно попадает холодный воздух, из-за которого образуются вредные для здоровья сквозняки и увеличиваются теплопотери здания.

Приток холода через щели в дверях

Также щели возникают в балконных и входных дверях.

Мостики холода

«Мостики холода» — это участки здания с более низким термическим сопротивлением по отношению к другим участкам. То есть они пропускают больше тепла. Например это углы, бетонные перемычки над окнами, места сопряжения строительных конструкций и так далее.

Чем вредны мостики холода:

• Увеличивают теплопотери здания. Одни мостики теряют больше тепла, другие меньше. Все зависит от особенностей здания.
• При определенных условиях в них выпадает конденсат и появляется грибок. Такие потенциально опасные участки нужно предупреждать и устранять заранее.

Охлаждение помещения через вентиляцию

Вентиляция работает «наоборот». Вместо удаления воздуха из помещения наружу, с улицы в помещение затягивается холодный уличный воздух. Это также, как и в примере с окнами обеспечивает сквозняки и охлаждает помещение. На приведенном примере температура воздуха, который попадает в помещение -2,5 градуса, при температуре помещения ~20-22 градуса.

Приток холода через люк на крышу

А в данном случае холод попадает в помещение через люк на чердак.

Приток холода через монтажное отверстие кондиционера

Приток холода в помещение через монтажное отверстие кондиционера.

Потери тепла через стены

На термограмме видны «мостики тепла», связанные с использованием при строительстве стены материалов с более слабым сопротивлением теплопередаче.

Потери тепла через фундамент

Часто утепляя стену здания забывают о еще важном участке — фундаменте. Через фундамент здания также осуществляются потери тепла, особенно если в здании есть подвальное помещение или внутри уложен теплый пол.

Холодная стена из-за кладочных швов

Кладочные швы между кирпичами являются многочисленными мостиками холода и увеличивают теплопотери через стены. На приведенном примере видно, что разница между минимальной температурой (кладочный шов) и максимальной (кирпич) составляет почти 2 градуса. Термическое сопротивление стены снижено.

Воздушные течи

Мостик холода и воздушная течь под потолком. Возникает из-за недостаточной герметизации и утепления стыков между кровлей, стеной и плитой перекрытия. В результате помещение дополнительно охлаждается и появляются сквозняки.

Заключение

Все это типичные ошибки, которые встречаются в большинстве частных домов. Многие из них легко устраняются и позволяют заметно улучшить энергетическое состояние здания.

Перечислим их еще раз:

1. Утечки тепла через стены;
2. Неэффективная работа тепловой изоляции стен и крыши — скрытые дефекты, некачественный монтаж, повреждения и т.п.;
3. Притоки холода через монтажные отверстия кондиционера, щели в окнах и дверях, вентиляцию;
4. Неэффективная работа радиаторов;
5. Мостики холода;
6. Влияние кладочных швов.

15 скрытых утечек тепла в частном доме, о которых вы не догадывались