Расчет теплопотерь частного дома. Расчеты теплопотерь. Куда уходит тепло из дома
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.
- 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.
- 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;
- Пол или подвал. По практическим соображениям тепловая изоляция производится изнутри здания;
- 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;
- 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;
- 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.
- 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;
- 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.
- 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:
- R = n/λ, где:
- n – толщина стен,
- λ – удельная теплопроводность (Вт/(м °C).
Это значение ищется по таблице для своего материала.
- Для кирпича:
Rкир = 0,67/0,38 = 1,76 кв.м °C/Вт.
- Для штукатурного покрытия:
Rшт = 0,03/0,35 = 0,086 кв.м °C/Вт;
- Общая величина:
Rст = Rкир + Rшт = 1,76 + 0,086 = 1,846 кв.м °C/Вт;
Вычисление площади внешних стен:
- Общая площадь внешних стен:
S = (10 + 12) х 2 х 6 = 264 кв.м.
- Площадь окон и дверного проема:
S1 = ((0,9 х 1) х 10) + (1 х 2) = 11 кв.м.
- 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
- Найти воздушный объем дома:
10 х 12 х 6 = 720 м³;
- Масса воздуха находится по формуле:
М = ρ х V, где ρ – плотность воздуха (берется из таблицы).
М = 1, 205 х 720 = 867,4 кг.
- 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;
- 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
Расчет отопления частного дома можно сделать самостоятельно, проведя некоторые замеры и подставив свои значения в нужные формулы. Расскажем, как это делается.
Вычисляем теплопотери дома
От расчета теплопотерь дома зависит несколько критических параметров системы отопления и в первую очередь – мощность котла.
Последовательность расчета следующая:
Вычисляем и записываем в столбик площадь окон, дверей, наружных стен, пола, перекрытия каждой комнаты. Напротив каждого значения записываем коэффициент , из которых построен наш дом.
Если вы не нашли нужный материал в , то посмотрите в расширенной версии таблицы, которая так и называется – коэффициенты теплопроводности материалов (скоро на нашем сайте). Далее, по ниже приведенной формуле вычисляем потери тепла каждого элемента конструкции нашего дома.
Q = S * ΔT / R,где Q
– потери тепла, Вт
S
— площадь конструкции, м2
ΔT
— разница температур внутри и снаружи помещения для самых холодных дней °C
R — значение теплосопротивления конструкции, м2·°C/Вт
R слоя = V / λгде V — толщина слоя в м,
λ — коэффициент теплопроводности (см. таблицу по материалам).
Суммируем теплосопротивление всех слоев. Т.е. для стен учитывается и штукатурка и материал стен и наружное утепление (если есть).
Складываем все Q для окон, дверей, наружных стен, пола, перекрытия
К полученной сумме добавляем 10-40% вентиляционных потерь. Их тоже можно вычислить по формуле, но при хороших окнах и умеренном проветривании, смело можно ставить 10%.
Результат делим на общую площадь дома. Именно общую, т.к. косвенно тепло будет тратиться и на коридоры, где радиаторов нет. Вычисленная величина удельных теплопотерь может колебаться в пределах 50-150 Вт/м2. Самые высокие потери тепла у комнат верхних этажей, самые низкие у средних.
После окончания монтажных работ, проведите стен, потолков и других элементов конструкции, чтобы убедиться, что нигде нет утечек тепла.
Приведенная ниже таблица поможет точнее определиться с показателями материалов.
Определяемся с температурным режимом
Этот этап напрямую связан с выбором котла и способом отопления помещений. Если предполагается установка «теплых полов», возможно, лучшее решение – конденсационный котел и низкотемпературный режим 55С на подаче и 45С в «обратке». Такой режим обеспечивает максимальный кпд котла и соответственно, наилучшую экономию газа. В будущем, при желании использовать высокотехнологичные способы обогрева, ( , солнечные коллекторы) не придется переделывать систему отопления под новое оборудование, т.к. оно рассчитано именно на низкотемпературные режимы. Дополнительные плюсы – не пересушивается воздух в помещении, интенсивность потоков ниже, меньше собирается пыли.
В случае выбора традиционного котла, температурный режим лучше выбрать максимально приближенным к европейским нормам 75С – на выходе из котла, 65С – обратная подача, 20С — температура помещения. Такой режим предусмотрен в настройках почти всех импортных котлов. Кроме выбора котла, температурный режим влияет на расчет мощности радиаторов.
Подбор мощности радиаторов
Для расчета радиаторов отопления частного дома материал изделия не играет роли. Это дело вкуса хозяина дома. Важна только указанная в паспорте изделия мощность радиатора. Часто производители указывают завышенные показатели, поэтому результат вычислений будем округлять в большую сторону. Расчет производится для каждой комнаты отдельно. Несколько упрощая расчеты для помещения с потолками 2,7 м, приведем простую формулу:
Где К — искомое количество секций радиатора
S – площадь комнаты
P – мощность, указанная в паспорте изделия
Пример вычисления: Для комнаты площадью 30 м2 и мощности одной секции 180 Вт получаем: K= 30 х 100/180
K=16,67 округленно 17 секций
Тот же расчет можно применить для чугунных батарей, принимая что
1 ребро(60 см) = 1 секция.
Гидравлический расчет системы отопления
Смысл этого расчета – правильно выбрать диаметр труб и характеристики . Из-за сложности расчетных формул, для частного дома проще выбрать параметры труб по таблице.
Здесь приведена суммарная мощность радиаторов, для которых труба подает тепло.
| Диаметр трубы | Мин. мощность радиатора квт | Макс. мощность радиатора квт |
| Металлопластиковая труба 16 мм | 2,8 | 4,5 |
| Металлопластиковая труба 20 мм | 5 | 8 |
| Металлопластиковая труба 25 мм | 8 | 13 |
| Металлопластиковая труба 32 мм | 13 | 21 |
| Полипропиленовая труба 20 мм | 4 | 7 |
| Полипропиленовая труба 25 мм | 6 | 11 |
| Полипропиленовая труба 32 мм | 10 | 18 |
| Полипропиленовая труба 40 мм | 16 | 28 |
Вычисляем объем системы отопления
Эта величина необходима для подбора правильного объема расширительного бака. Вычисляется как сумма объема в радиаторах, трубопроводах и котле. Справочная информация по радиаторам и трубопроводам приведена ниже, по котлу – указана в его паспорте.
Объем теплоносителя в радиаторе:
- алюминиевая секция - 0,450 литра
- биметаллическая секция - 0,250 литра
- новая чугунная секция - 1,000 литр
- старая чугунная секция - 1,700 литра
Объем теплоносителя в 1 п.м. трубы:
- ø15 (G ½») - 0,177 литра
- ø20 (G ¾») - 0,310 литра
- ø25 (G 1,0″) - 0,490 литра
- ø32 (G 1¼») - 0,800 литра
- ø15 (G 1½») - 1,250 литра
- ø15 (G 2,0″) - 1,960 литра
Монтаж системы отопления частного дома — выбор труб
Выполняется трубами из разных материалов:
Стальные
- Имеют большой вес.
- Требуют должного навыка, специальных инструментов и оборудования для монтажа.
- Подвержены коррозии
- Могут накапливать статическое электричество.
Медные
- Выдерживают температуру до 2000 С, давление до 200 атм. (в частном доме совершенно излишние достоинства)
- Надежны и долговечны
- Имеют высокую стоимость
- Монтируются специальным оборудованием, серебряным припоем
Пластиковые
- Антистатичны
- Стойкие к коррозии
- Недорогие
- Обладают минимальным гидравлическим сопротивлением
- Не требуют специальных навыков при монтаже
Подведем итог
Правильно сделанный расчёт системы отопления частного дома обеспечивает:
- Комфортное тепло в помещениях.
- Достаточное количество горячей воды.
- Тишину в трубах (без бульканья и рычания).
- Оптимальные режимы работы котла
- Правильную нагрузку на циркуляционный насос.
- Минимальные затраты на монтаж
Первый шаг в организации отопления частного дома — расчет теплопотерь. Цель этого расчета — выяснить, сколько тепла уходит наружу сквозь стены, полы, кровлю и окна (общее название — ограждающие конструкции) при самых суровых морозах в данной местности. Зная, как рассчитать теплопотери по правилам, можно получить довольно точный результат и приступить к подбору источника тепла по мощности.
Базовые формулы
Чтобы получить более-менее точный результат, необходимо выполнять вычисления по всем правилам, упрощенная методика (100 Вт теплоты на 1 м² площади) здесь не подойдет. Общие потери теплоты зданием в холодное время года складываются из 2 частей:
- теплопотерь через ограждающие конструкции;
- потерь энергии, идущей на нагрев вентиляционного воздуха.
Базовая формула для подсчета расхода тепловой энергии через наружные ограждения выглядит следующим образом:
Q = 1/R х (t в — t н) х S х (1+ ∑β). Здесь:
- Q — количество тепла, теряемого конструкцией одного типа, Вт;
- R — термическое сопротивление материала конструкции, м²°С / Вт;
- S — площадь наружного ограждения, м²;
- t в — температура внутреннего воздуха, °С;
- t н — наиболее низкая температура окружающей среды, °С;
- β — добавочные теплопотери, зависящие от ориентации здания.
Термическое сопротивление стен либо кровли здания определяется исходя из свойств материала, из которого они сделаны, и толщины конструкции. Для этого используется формула R = δ / λ, где:
- λ — справочное значение теплопроводности материала стены, Вт/(м°С);
- δ — толщина слоя из этого материала, м.
Если стена возведена из 2 материалов (например, кирпич с утеплителем из минваты), то термическое сопротивление рассчитывается для каждого из них, а результаты суммируются. Уличная температура выбирается как по нормативным документам, так и по личным наблюдениям, внутренняя — по необходимости. Добавочные теплопотери — это коэффициенты, определенные нормами:
- Когда стена либо часть кровли повернута на север, северо-восток или северо-запад, то β = 0,1.
- Если конструкция обращена на юго-восток или запад, β = 0,05.
- β = 0, когда наружное ограждение выходит на южную или юго-западную сторону.
Порядок выполнения вычислений
Чтобы учесть все тепло, уходящее из дома, необходимо сделать расчет теплопотерь помещения, причем каждого по отдельности. Для этого производятся замеры всех ограждений, соседствующих с окружающей средой: стен, окон, крыши, пола и дверей.
Важный момент: обмеры следует выполнять по внешней стороне, захватывая углы строения, иначе расчет теплопотерь дома даст заниженный расход тепла.
Окна и двери измеряются по проему, который они заполняют.
По результатам замеров рассчитывается площадь каждой конструкции и подставляется в первую формулу (S, м²). Туда же вставляется значение R, полученное делением толщины ограждения на коэффициент теплопроводности строительного материала. В случае с новыми окнами из металлопластика величину R вам подскажет представитель фирмы-установщика.
В качестве примера стоит провести расчет теплопотерь через ограждающие стены из кирпича толщиной 25 см, площадью 5 м² при температуре окружающей среды -25°С. Предполагается, что внутри температура составит +20°С, а плоскость конструкции обращена к северу (β = 0,1). Сначала нужно взять из справочной литературы коэффициент теплопроводности кирпича (λ), он равен 0,44 Вт/(м°С). Затем по второй формуле вычисляется сопротивление передаче тепла кирпичной стены 0,25 м:
R = 0,25 / 0.44 = 0,57 м²°С / Вт
Чтобы определить теплопотери помещения с этой стенкой, все исходные данные надо подставить в первую формулу:
Q = 1 / 0,57 х (20 — (-25)) х 5 х (1 + 0,1) = 434 Вт = 4.3 кВт
Если в комнате имеется окно, то после вычисления его площади следует таким же образом определить теплопотери сквозь светопрозрачный проем. Такие же действия повторяются относительно полов, кровли и входной двери. В конце все результаты суммируются, после чего можно переходить к следующему помещению.
Учет тепла на подогрев воздуха
Выполняя расчет теплопотерь здания, важно учесть количество тепловой энергии, расходуемой системой отопления на подогрев вентиляционного воздуха. Доля этой энергии достигает 30% от общих потерь, поэтому игнорировать ее недопустимо. Рассчитать вентиляционные теплопотери дома можно через теплоемкость воздуха с помощью популярной формулы из курса физики:
Q возд = cm (t в — t н). В ней:
- Q возд — тепло, расходуемое системой отопления на прогрев приточного воздуха, Вт;
- t в и t н — то же, что в первой формуле, °С;
- m — массовый расход воздуха, попадающего в дом снаружи, кг;
- с — теплоемкость воздушной смеси, равна 0.28 Вт / (кг °С).
Здесь все величины известны, кроме массового расхода воздуха при вентиляции помещений. Чтобы не усложнять себе задачу, стоит согласиться с условием, что воздушная среда обновляется во всем доме 1 раз в час. Тогда объемный расход воздуха нетрудно посчитать путем сложения объемов всех помещений, а затем нужно перевести его в массовый через плотность. Поскольку плотность воздушной смеси меняется в зависимости от его температуры, нужно взять подходящее значение из таблицы:
m = 500 х 1,422 = 711 кг/ч
Подогрев такой массы воздуха на 45°С потребует такого количества теплоты:
Q возд = 0.28 х 711 х 45 = 8957 Вт, что примерно равно 9 кВт.
По окончании расчетов результаты тепловых потерь сквозь наружные ограждения суммируются с вентиляционными теплопотерями, что дает общую тепловую нагрузку на систему отопления здания.
Представленные методики вычислений можно упростить, если формулы ввести в программу Excel в виде таблиц с данными, это существенно ускорит проведение расчета.
Расчет теплопотерь дома - основа отопительной системы . Он нужен, как минимум, чтобы правильно подобрать котёл. Также можно прикинуть, сколько денег будет уходить на отопление в планируемом доме, провести анализ финансовой эффективности утепления т.е. понять окупятся ли затраты на монтаж утепления экономией топлива за срок службы утеплителя. Очень часто подбирая мощность отопительной системы помещения, люди руководствуются средним значением в 100 Вт на 1 м 2 площади при стандартной высоте потолков до трех метров. Однако, не всегда эта мощность достаточна для полного восполнения теплопотерь. Здания различаются по составу строительных материалов, их объему, нахождению в разных климатических зонах и т.д. Для грамотного расчета теплоизоляции и подбора мощности отопительных систем необходимо знать о реальных теплопотерях дома. Как их рассчитать - расскажем в этой статье.
Основные параметры для расчета теплопотерь
Теплопотери любого помещения зависят от трех базовых параметров:
- объем помещения – нас интересует объем воздуха, который необходимо отопить
- разницу температуры внутри и снаружи помещения – чем больше разница тем быстрее происходит теплообмен и воздух теряет тепло
- теплопроводность ограждающих конструкций – способность стен, окон удерживать тепло
Самый простой рассчет теплопотерь
Qт (кВт/час)=(100 Вт/м2 x S (м2) x K1 x K2 x K3 x K4 x K5 x K6 x K7)/1000
Данная формула расчета теплопотерь по укрупненным показателям, в основе которых лежат усредненные условия 100 Вт на 1кв метр. Где основными рассчетными показателями для расчета системы отопления являются следующие величины:
Qт - тепловая мощность предполагаемого отопителя на отработанном масле, кВт/час.
100 Вт/м2 - удельная величина тепловых потерь (65-80 ватт/м2). В нее входят утечки тепловой энергии путем ее поглощения оконами, стенами, потолком полом; утечки через вентиляцию и негерметичности помещения и другие утечки.
S - площадь помещения;
K1 - коэффициент теплопотерь окон:
- обычное остекление К1=1,27
- двойной стеклопакет К1=1,0
- тройной стеклопакет К1=0,85;
К2 - коэффициент теплопотерь стен:
- плохая теплоизоляция К2=1,27
- стена в 2 кирпича или утеплитель 150 мм толщиной К2=1,0
- хорошая теплоизоляция К2=0,854
К3 коэффициент соотношения площадей окон и пола:
- 10% К3=0,8
- 20% К3=0,9
- 30% К3=1,0
- 40% К3=1,1
- 50% К3=1,2;
K4 - коэффициент наружной температуры:
- -10oC K4=0,7
- -15oC K4=0,9
- -20oC K4=1,1
- -25oC K4=1,3
- -35oC K4=1,5;
K5 - число стен, выходящих наружу:
- одна - К5=1,1
- две К5=1,2
- три К5=1,3
- четыре К5=1,4;
К6 - тип помещения, которое находится над расчитываемым:
- холодный чердак К6=1,0
- теплый чердак К6=0,9
- отапливаемое помещение К6-0,8;
K7 - высота помещения:
- 2,5 м К7=1,0
- 3,0 м К7=1,05
- 3,5 м К7=1,1
- 4,0 м К7=1,15
- 4,5 м К7=1,2.
Упрощенный рассчет теплопотерь дома
Qт = (V x ∆t x k)/860; (кВт)
V
- объем помещения (куб.м)
∆t
- дельта температур (уличной и в помещении)
k
- коэффициент рассеивания
- k= 3,0-4,0 – без теплоизоляции. (Упрощенная деревянная конструкция или конструкция из гофрированного металлического листа).
- k= 2,0-2,9 – небольшая теплоизоляция. (Упрощенная конструкция здания, одинарная кирпичная кладка, упрощенная конструкция окон и крыши).
- k= 1,0-1,9 – средняя теплоизоляция. (Стандартная конструкция, двойная кирпичная кладка, небольшое число окон, крыша со стандартной кровлей).
- k= 0,6-0,9 – высокая теплоизоляция. (Улучшенная конструкция, кирпичные стены с двойной теплоизоляцией, небольшое количество окон со сдвоенными рамами, толстое основание пола, крыша из высококачественного теплоизоляционного материала).
В данной формуле очень условно учитываются коэффициент рассеивания и не совсем понятно каким коэффициентами пользоваться. В классике редкое современное, выполненное из современных материалов с учетом действующих стандартов, помещение обладает ограждающими конструкциями с коэффициентом рассеивания более одного. Для более детального понимания методики расчёта предлагаем следующие более точные методики.
Сразу же акцентирую ваше внимание на то, что ограждающие конструкции в основном не являются однородными по структуре, а обычно состоят из нескольких слоёв. Пример: стена из ракушника = штукатурка + ракушник + наружная отделка. В эту конструкцию могут входить и замкнутые воздушные прослойки (пример: полости внутри кирпичей или блоков). Вышеперечисленные материалы имеют отличающиеся друг от друга теплотехнические характеристики. Основной такой характеристикой для слоя конструкции является его сопротивление теплопередачи R .
q – это количество тепла, которое теряет квадратный метр ограждающей поверхности (измеряется обычно в Вт/м.кв.)
ΔT - разница между температурой внутри рассчитываемого помещения и наружной температурой воздуха (температура наиболее холодной пятидневки °C для климатического района в котором находится рассчитываемое здание).
В основном внутренняя температура в помещениях принимается:
- Жилые помещения 22С
- Нежилые 18С
- Зоны водных процедур 33С
Когда речь идёт о многослойной конструкции, то сопротивления слоёв конструкции складываются. Отдельно хочу акцентировать ваше внимание на расчётном коэффициенте теплопроводности материала слоя λ Вт/(м°С) . Так как производители материалов чаще всего указывают его. Имея расчётный коэффициент теплопроводности материала слоя конструкции мы легко можем получить сопротивление теплопередачи слоя :
δ - толщина слоя, м;
λ - расчётный коэффициент теплопроводности материала слоя конструкции, с учетом условий эксплуатации ограждающих конструкций, Вт / (м2 оС).
Итак для расчёта тепловых потерь через ограждающие конструкции нам нужны:
1. Сопротивление теплопередачи конструкций (если конструкция многослойная то Σ R слоёв)
R
2. Разница между температурой в расчётном помещении и на улице (температура наиболее холодной пятидневки °C.). ΔT
3. Площади ограждений F (Отдельно стены, окна, двери, потолок, пол)
4. Ориентация здания по отношению к сторонам света.
Формула для расчёта теплопотерь ограждением выглядит так:
Qогр=(ΔT / Rогр)* Fогр * n *(1+∑b)
Qогр
- тепло потери через ограждающие конструкции, Вт
Rогр
– сопротивление теплопередаче, м.кв.°C/Вт; (Если несколько слоёв то ∑ Rогр слоёв)
Fогр
– площадь ограждающей конструкции, м;
n
– коэффициент соприкосновения ограждающей конструкции с наружным воздухом.
|
Тип ограждающей конструкции |
Коэффициент n |
|
1. Наружные стены и покрытия (в том числе вентилируемые наружным воздухом), перекрытия чердачные (с кровлей из штучных материалов) и над проездами; перекрытия над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне |
|
|
2. Перекрытия над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом; перекрытия чердачные (с кровлей из рулонных материалов); перекрытия над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне |
|
|
3. Перекрытия над не отапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах |
|
|
4. Перекрытия над не отапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенные выше уровня земли |
|
|
5. Перекрытия над не отапливаемыми техническими подпольями, расположенными ниже уровня земли |
(1+∑b) – добавочные потери теплоты в долях от основных потерь. Добавочные потери теплоты b через ограждающие конструкции следует принимать в долях от основных потерь:
а) в помещениях любого назначения через наружные вертикальные и наклонные (вертикальная проекция) 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, если одно из ограждений обращено на север, восток, северо-восток и северо-запад и 0,1 - в других случаях;
б) в помещениях, разрабатываемых для типового проектирования, через стены, двери и окна, обращенные на любую из сторон света, в размере 0,08 при одной наружной стене и 0,13 для угловых помещений (кроме жилых), а во всех жилых помещениях - 0,13;
в) через не обогреваемые полы первого этажа над холодными подпольями зданий в местностях с расчетной температурой наружного воздуха минус 40 °С и ниже (параметры Б) - в размере 0,05,
г) через наружные двери, не оборудованные воздушными или воздушно-тепловыми завесами, при высоте зданий Н, м, от средней планировочной отметки земли до верха карниза, центра вытяжных отверстий фонаря или устья шахты в размере: 0,2 Н - для тройных дверей с двумя тамбурами между ними; 0,27 H - для двойных дверей с тамбурами между ними; 0,34 H - для двойных дверей без тамбура; 0,22 H - для одинарных дверей;
д) через наружные ворота, не оборудованные воздушными и воздушно-тепловыми завесами, - в размере 3 при отсутствии тамбура и в размере 1 - при наличии тамбура у ворот.
Для летних и запасных наружных дверей и ворот добавочные потери теплоты по подпунктам “г” и “д” не следует учитывать.
Отдельно возьмём такой элемент как пол на грунте или на лагах. Здесь есть особенности. Пол или стена, не содержащие в своем составе утепляющих слоев из материалов с коэффициентом теплопроводности λ меньше либо равно 1,2 Вт/(м °С), называются не утепленными. Сопротивление теплопередаче такого пола принято обозначать Rн.п, (м2 оС) / Вт. Для каждой зоны не утепленного пола предусмотрены нормативные значения сопротивления теплопередаче:
- зона I - RI = 2,1 (м2 оС) / Вт;
- зона II - RII = 4,3 (м2 оС) / Вт;
- зона III - RIII = 8,6 (м2 оС) / Вт;
- зона IV - RIV = 14,2 (м2 оС) / Вт;
Первые три зоны представляют собой полосы, расположенные параллельно периметру наружных стен. Остальную площадь относят к четвертой зоне. Ширина каждой зоны равна 2 м. Начало первой зоны находится в месте примыкания пола к наружной стене. Если неутеплёный пол примыкает к стене заглублённой в грунт то начало переносится к к верхней границе заглубления стены. Если в конструкции пола, расположенного на грунте, имеются утепляющие слои, его называют утепленным, а его сопротивление теплопередаче Rу.п, (м2 оС) / Вт, определяется по формуле:
Rу.п. = Rн.п. + Σ (γу.с. / λу.с)
Rн.п
- сопротивление теплопередаче рассматриваемой зоны неутепленного пола, (м2 оС) / Вт;
γу.с
- толщина утепляющего слоя, м;
λу.с
- коэффициент теплопроводности материала утепляющего слоя, Вт/(м·°С).
Для пола на лагах сопротивление теплопередаче Rл, (м2 оС) / Вт, рассчитывается по формуле:
Rл = 1,18 * Rу.п
Теплопотери каждой ограждающей конструкции считаются отдельно. Величина теплопотерь через ограждающие конструкции всего помещения будет сумма теплопотерь через каждую ограждающую конструкцию помещения. Важно не напутать в измерениях. Если вместо (Вт) появится (кВт) или вообще (ккал) получите неверный результат. Ещё можно по невнимательности указать Кельвины (K) вместо градусов Цельсия (°C).
Продвинутый рассчет теплопотерь дома
Отопление в гражданских и жилых зданиях теплопотери помещений состоят из теплопотерь через различные ограждающие конструкции, такие как окна, стены, перекрытия, полы а также теплорасходов на нагревание воздуха, который инфильтрируется сквозь неплотности в защитных сооружениях (ограждающих конструкциях) даного помещения. В промышленных зданиях существуют и другие виды теплопотерь. Расчет теплопотерь помещения производится для всех ограждающих конструкций всех отапливаемых помещений. Могут не учитываться теплопотери через внутренние конструкции, при разности температуры в них с температурой соседних помещений до 3С. Теплопотери через ограждающие конструкции расчитываются по следующей формуле, Вт:
Qогр = F (tвн – tнБ) (1 + Σ β) n / Rо
tнБ
– темп-ра наружного воздуха, оС;
tвн
– темп-ра в помещении, оС;
F
– площадь защитного сооружения, м2;
n
– коэффициент, который учитывает положение ограждения или защитного сооружения (его наружной поверхности) относительно наружного воздуха;
β
– теплопотери добавочные, доли от основных;
Rо
– сопротивление теплопередаче, м2·оС / Вт, которое определяется по следующей формуле:
Rо = 1/ αв + Σ (δі / λі) + 1/ αн + Rв.п., где
αв – коэффициент тепловосприятия ограждения (его внутренней поверхности), Вт/ м2· о С;
λі и δі – расчетный коэффициент теплопроводности для материала данного слоя конструкции и толщина этого слоя;
αн – коэффициент теплоотдачи ограждения (его наружной поверхности), Вт/ м2· о С;
Rв.n – в случае наличия в конструкции замкнутой воздушной прослойки, ее термосопротивление, м2· о С / Вт (см. табл.2).
Коэф-ты αн и αв принимаются согласно СНиП а для некоторых случаев приведены в таблице 1;
δі – обычно назначается согласно заданию или определяется по чертежах ограждающих конструкций;
λі – принимается по справочникам.
Таблица 1. Коэффициенты тепловосприятия αв и теплоотдачи αн
|
Поверхность ограждающей конструкции |
αв, Вт/ м2· о С |
αн, Вт/ м2· о С |
|
Поверхность внутренняя полов, стен, гладких потолков |
||
|
Поверхность наружная стен, бесчердачных перекрытий |
||
|
Перекрытия чердачные и перекрытия над подвалами неотапливаемыми со световыми проемами |
||
|
Перекрытия над подвалами неотапливаемыми без световых проемов |
Таблица 2. Сопротивление термическое замкнутых воздушных прослоек Rв.n, м2· о С / Вт
|
Толщина прослойки воздушной, мм |
Горизонтальная и вертикальная прослойки при тепловом потоке снизу вверх |
Прослойка горизонтальная при тепловом потоке сверху вниз |
||
|
При температуре в пространстве воздушной прослойки |
||||
Для дверей и окон сопротивление теплопередаче рассчитывается очень редко, а чаще принимается в зависимости от их конструкции по справочным данным и СНиПам. Площади ограждений для расчетов определяются, как правило, согласно строительных чертежей. Температуру tвн для жилых зданий выбирают из приложения і, tнБ – из приложения 2 СНиП в зависимости от расположения строительного объекта. Добавочные теплопотери указаны в табл.3, коэф-ент n – в табл.4.
Таблица 3. Добавочные теплопотери
|
Ограждение, его тип |
Условия |
Добавочные теплопотери β |
|
Окна, двери и н аружные вертикальные стены: |
ориентация на северо-запад восток, север и северо-восток |
|
|
запад и юго-восток |
||
|
Наружные двери, двери с тамбурами 0,2 Н без воздушной завесы при высоте строения Н, м |
двери тройные с двумя тамбурами |
|
|
двери двойные с тамбуром |
||
|
Угловые помещения дополнительно для окон, дверей и стен |
одно из ограждений ориентировано на восток, север, северо-запад или северо-восток |
|
|
другие случаи |
Таблица 4. Величина коэффициента n, который учитывает положение ограждения (его наружной поверхности)
Расход тепла на нагревание наружного инфильтрующегося воздуха в общественных и жилых зданиях для всех типов помещений определяется двумя расчетами. Первый расчет определяет расход тепловой энергии Qі на нагревание наружного воздуха, который поступает в і-е помещение в результате действия естественной вытяжной вентиляции. Второй расчет определяет расход тепловой энергии Qі на подогревание наружного воздуха, который проникает в данное помещение сквозь неплотности ограждений в результате ветрового и (или) теплового давлений. Для расчета принимают наибольшую величину теплопотерь из определенных по следующим уравнениям (1) и (или) (2).
Qі = 0,28 L ρн с (tвн – tнБ) (1)
L, м3/ча
с – расход удаляемого наружу из помещений воздуха, для жилых зданий принимают 3 м3/час на 1 м2 площади жилых помещений, в том числе и кухни;
с
– удельная теплоемкость воздуха (1 кДж /(кг · оС));
ρн
– плотность воздуха снаружи помещения, кг/м3.
Удельный вес воздуха γ, Н/м3, его плотность ρ, кг/м3, определяются согласно формул:
γ= 3463/ (273 +t) , ρ = γ / g , где g = 9,81 м/с2 , t , ° с– температура воздуха.
Расход теплоты на подогревание воздуха, который попадает в помещение через различные неплотности защитных сооружений (ограждений) в результате ветрового и теплового давлений, определяется согласно формулы:
Qі = 0,28 Gі с (tвн – tнБ) k, (2)
где k – коэф-ент, учитывающий встредчный тепловой поток, для раздельно-переплетных балконных дверей и окон принимается 0,8, для одинарных и парно-переплетных окон – 1,0;
Gі – расход воздуха, проникающего (инфильтрируещегося) через защитные сооружения (ограждающие конструкции), кг/ч.
Для балконных дверей и окон значение Gі определяется:
Gі = 0,216 Σ F Δ Рі 0,67 / Rи, кг/ч
где Δ Рі – разница давлений воздуха на внутренней Рвн и наружной Рн поверхностях дверей или окон, Па;
Σ F, м2 – расчетные площади всех ограждений здания;
Rи, м2· ч/кг – сопротивление воздухопроницанию даного ограждения, которое может приниматься согласно приложения 3 СНиП. В панельных зданиях, кроме этого определяется дополнительный расход воздуха, инфильтрующегося через неплотности стыков панелей.
Величина Δ Рі определяется из уравнения, Па:
Δ Рі= (H – hі) (γн – γвн) + 0,5 ρн V2 (се,n – се,р) k1 – ріnt,
где H, м – высота здания от нулевого уровня до устья вентшахты (в бесчердачных зданиях устье обычно располагается на 1 м выше крыши, а в зданиях, имеющих чердак - на 4–5м выше перекрытия чердака);
hі, м – высота от нулевого уровня до верха балконных дверей или окон, для которых проводится расчет расхода воздуха;
γн, γвн – веса удельные наружного и внутреннего воздуха;
се,рu се,n – аэродинамические коэф-ты для подветренной и наветренной поверхностей здания соответственно. Для прямоугольных зданий се,р = –0,6, се,n= 0,8;
V, м/с – скорость ветра, которую для расчета принимают согласно приложения 2;
k1 – коэффициент, который учитывает зависимость скоростного напора ветра и высоты здания;
ріnt, Па – условно-постоянное давление воздуха, которое возникает при работе вентиляции с принудительным побуждением, при расчете жилых зданий ріnt можно не учитывать, поскольку оно равно нолю.
Для ограждений высотой до 5,0м коэффициент k1равен 0,5, высотой до 10 м равен 0,65, при высоте до 20 м – 0,85, а для ограждений 20 м и выше принимается 1,1.
Общие расчетные теплопотери в помещении, Вт:
Qрасч = Σ Qогр + Quнф – Qбыт
где Σ Qогр – суммарные потери тепла через все защитные ограждения помещения;
Qинф – максимальный расход теплоты на нагревание воздуха, который инфильтрируется принятый из расчетов согласно формул (2) u (1);
Qбыт – все тепловыделения от бытовых электрических приборов, освещения, других возможных источников тепла, которые принимаются для кухонь и жилых помещений в размере 21 Вт на 1 м2 расчетной площади.
Владивосток -24.
Владимир -28.
Волгоград -25.
Вологда -31.
Воронеж -26.
Екатеринбург -35.
Иркутск -37.
Казань -32.
Калининград -18
Краснодар -19.
Красноярск -40.
Москва -28.
Мурманск -27.
Нижний Новгород -30.
Новгород -27.
Новороссийск -13.
Новосибирск -39.
Омск -37.
Оренбург -31.
Орел -26.
Пенза -29.
Пермь -35.
Псков -26.
Ростов -22.
Рязань -27.
Самара -30.
Санкт-Петербург -26.
Смоленск -26.
Тверь -29.
Тула -27.
Тюмень -37.
Ульяновск -31.
