Пример расчета тепловых потерь через ограждающие конструкции. Теплопотери дома, расчет теплопотерь
На сегодняшний день теплосбережение является важным параметром, который учитывается при сооружении жилого или офисного помещения. В соответствии со СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», сопротивление теплоотдаче рассчитывается по одному из двух альтернативных подходов:
- Предписывающему;
- Потребительскому.
Для расчета систем отопления дома, вы можете воспользоваться калькулятором расчета отопления, теплопотерь дома .
Предписывающий подход - это нормы, предъявляемые к отдельным элементам теплозащиты здания: наружным стенам, полам над не отапливаемым пространствами, покрытиям и чердачным перекрытиям, окнам, входным дверям и т.д.
Потребительский подход (сопротивление теплопередаче может быть снижено по отношению к предписывающему уровню при условии, что проектный удельный расход тепловой энергии на отопление помещения ниже нормативного).
Санитарно-гигиенические требования:
- Перепад между температурами воздуха внутри помещения и снаружи не должен превышать определенных допустимых значений. Максимальные допустимые значения перепада температур для наружной стены 4°С. для покрытия и чердачного перекрытия 3°С и для перекрытия над подвалами и подпольями 2°С.
- Температура на внутренней поверхности ограждения должна быть выше температуры точки росы.
К примеру : для Москвы и московской области необходимое теплотехническое сопротивление стены по потребительскому подходу составляет 1.97 °С· м 2 /Вт, а по предписывающему подходу:
- для дома постоянного проживания 3.13 °С· м 2 / Вт.
- для административных и прочих общественных зданий, в том числе сооружений сезонного проживания 2.55 °С· м 2 / Вт.
По этой причине, выбирая котел либо другие нагревательные приборы исключительно по указанным в их технической документации параметрам. Вы должны спросить у себя, построен ли ваш дом со строгим учетом требований СНиП 23-02-2003.
Следовательно, для правильного выбора мощности котла отопления либо нагревательных приборов, необходимо рассчитать реальные теплопотери вашего дома . Как правило, жилой дом теряет тепло через стены, крышу, окна, землю, так же существенные потери тепла могут приходиться на вентиляцию.
Теплопотери в основном зависят от:
- разницы температур в доме и на улице (чем выше разница, тем выше потери).
- теплозащитных характеристик стен, окон, перекрытий, покрытий.
Стены, окна, перекрытия, имеют определенное сопротивление утечкам тепла, теплозащитные свойства материалов оценивают величиной, которая называется сопротивлением теплопередачи .
Сопротивление теплопередачи покажет, какое количество тепла просочится через квадратный метр конструкции при заданном перепаде температур. Можно сформулировать этот вопрос по другому: какой перепад температур будет возникать при прохождении определенного количества тепла через квадратный метр ограждений.
R = ΔT/q.
- q - это количество тепла, которое уходит через квадратный метр поверхности стены или окна. Это количество тепла измеряют в ваттах на квадратный метр (Вт/ м 2);
- ΔT - это разница между температурой на улице и в комнате (°С);
- R - это сопротивление теплопередачи (°С/ Вт/ м 2 или °С· м 2 / Вт).
В случаях, когда речь идет о многослойной конструкции, то сопротивление слоев просто суммируется. К примеру, сопротивление стены из дерева, которая обложена кирпичом, является суммой трех сопротивлений: кирпичной и деревянной стенки и воздушной прослойки между ними:
R(сумм.)= R(дерев.) + R(воз.) + R(кирп.)
Распределение температуры и пограничные слои воздуха при передаче тепла через стену.
Расчет теплопотерь выполняется для самого холодного периода года периода, коим является самая морозная и ветреная неделя в году. В строительной литературе, зачастую, указывают тепловое сопротивление материалов исходя из данного условия и климатического района (либо наружной температуры), где находится ваш дом.
Таблица сопротивления теплопередачи различных материалов
при ΔT = 50 °С (Т нар. = -30 °С. Т внутр. = 20 °С.)
|
Материал и толщина стены |
Сопротивление теплопередаче R m
.
|
|
Кирпичная стена |
0.592 |
|
Сруб из бревна Ø 25 |
0.550 |
|
Сруб из бруса Толщ. 20 сантиметров |
0.806 |
|
Каркасная стена (доска + |
|
|
Стена из пенобетона 20 сантиметров |
0.476 |
|
Штукатурка по кирпичу, бетону. |
|
|
Потолочное (чердачное) перекрытие |
|
|
Деревянные полы |
|
|
Двойные деревянные двери |
Таблица тепловых потерь окон различных конструкций при ΔT = 50 °С (Т нар. = -30 °С. Т внутр. = 20 °С.)
|
Примечание
. Четные цифры в условном обозначении стеклопакета указывают на воздушный
зазор в миллиметрах;
. Буквы Ar означают, что зазор заполнен не воздухом, а аргоном;
. Буква К означает, что наружное стекло имеет специальное прозрачное
теплозащитное покрытие.
Как видно из вышеуказанной таблицы, современные стеклопакеты дают возможность сократить теплопотери окна почти в 2 раза. К примеру, для 10 окон размером 1.0 м х 1.6 м экономия может достигать в месяц до 720 киловатт-часов.
Для правильного выбора материалов и толщины стен применим эти сведения к конкретному примеру.
В расчете тепловых потерь на один м 2 участвуют две величины:
- перепад температур ΔT.
- сопротивления теплопередаче R.
Допустим температура в помещении будет составлять 20 °С. а наружная температура будет равной -30 °С. В таком случае перепад температур ΔT будет равен 50 °С. Стены изготовлены из бруса толщиной 20 сантиметров, тогда R= 0.806 °С· м 2 / Вт.
Тепловые потери будут составлять 50 / 0.806 = 62 (Вт/ м 2).
Для упрощения расчетов теплопотерь в строительных справочниках указывают теплопотери различного вида стен, перекрытий и т.д. для некоторых значений зимней температуры воздуха. Как правило, приводятся различные цифры для угловых помещений (там влияет завихрение воздуха, отекающего дом) и неугловых , а также учитывается разница в температур для помещений первого и верхнего этажа.
Таблица удельных теплопотерь элементов ограждения здания (на 1 м 2 по внутреннему контуру стен) в зависимости от средней температуры самой холодной недели в году.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Примечание. В случае когда за стеной находится наружное неотапливаемое помещение (сени, остекленная веранда и т.п.), то потери тепла через нее будут составлять 70% от расчетных, а если за этим неотапливаемым помещением находится еще одно наружное помещение то потери тепла будут составлять 40% от расчетного значения.
Таблица удельных теплопотерь элементов ограждения здания (на 1 м 2 по внутреннему контуру) в зависимости от средней температуры самой холодной недели в году.
Пример 1.
Угловая комната (1 этаж)
Характеристики комнаты:
- 1 этаж.
- площадь комнаты - 16 м 2 (5х3.2).
- высота потолка - 2.75 м.
- наружных стен - две.
- материал и толщина наружных стен - брус толщиной 18 сантиметров обшит гипсокартонном и оклеен обоями.
- окна - два (высота 1.6 м. ширина 1.0 м) с двойным остеклением.
- полы - деревянные утепленные. снизу подвал.
- выше чердачное перекрытие.
- расчетная наружная температура -30 °С.
- требуемая температура в комнате +20 °С.
- Площадь наружных стен за вычетом окон: S стен (5+3.2)х2.7-2х1.0х1.6 = 18.94 м 2 .
- Площадь окон: S окон = 2х1.0х1.6 = 3.2 м 2
- Площадь пола: S пола = 5х3.2 = 16 м 2
- Площадь потолка: S потолка = 5х3.2 = 16 м 2
Площадь внутренних перегородок в расчете не участвует, так как по обе стороны перегородки температура одинакова, следовательно через перегородки тепло не уходит.
Теперь Выполним расчет теплопотери каждой из поверхностей:
- Q стен = 18.94х89 = 1686 Вт.
- Q окон = 3.2х135 = 432 Вт.
- Q пола = 16х26 = 416 Вт.
- Q потолка = 16х35 = 560 Вт.
Суммарные теплопотери комнаты будут составлять: Q суммарные = 3094 Вт.
Следует учитывать, что через стены улетучивается тепла куда больше чем через окна, полы и потолок.
Пример 2
Комната под крышей (мансарда)
Характеристики комнаты:
- этаж верхний.
- площадь 16 м 2 (3.8х4.2).
- высота потолка 2.4 м.
- наружные стены; два ската крыши (шифер, сплошная обрешетка. 10 саниметров минваты, вагонка). фронтоны (брус толщиной 10 саниметров обшитый вагонкой) и боковые перегородки (каркасная стена с керамзитовым заполнением 10 саниметров).
- окна - 4 (по два на каждом фронтоне), высотой 1.6 м и шириной 1.0 м с двойным остеклением.
- расчетная наружная температура -30°С.
- требуемая температура в комнате +20°С.
- Площадь торцевых наружных стен за вычетом окон: S торц.стен = 2х(2.4х3.8-0.9х0.6-2х1.6х0.8) = 12 м 2
- Площадь скатов крыши, ограничивающих комнату: S скатов.стен = 2х1.0х4.2 = 8.4 м 2
- Площадь боковых перегородок: S бок.перегор = 2х1.5х4.2 = 12.6 м 2
- Площадь окон: S окон = 4х1.6х1.0 = 6.4 м 2
- Площадь потолка: S потолка = 2.6х4.2 = 10.92 м 2
Далее рассчитаем тепловые потери этих поверхностей, при этом необходимо учесть, что через пол в данном случае тепло не будет уходить, так как внизу расположено теплое помещение. Теплопотери для стен рассчитываем как для угловых помещений, а для потолка и боковых перегородок вводим 70-процентный коэффициент, так как за ними располагаются неотапливаемые помещения.
- Q торц.стен = 12х89 = 1068 Вт.
- Q скатов.стен = 8.4х142 = 1193 Вт.
- Q бок.перегор = 12.6х126х0.7 = 1111 Вт.
- Q окон = 6.4х135 = 864 Вт.
- Q потолка = 10.92х35х0.7 = 268 Вт.
Суммарные теплопотери комнаты составят: Q суммарные = 4504 Вт.
Как мы видим, теплая комната 1 этажа теряет (либо потребляет) значительно меньше тепла, чем мансардная комната с тонкими стенками и большой площадью остекления.
Чтобы данное помещение сделать пригодным для зимнего проживания, необходимо в первую очередь утеплять стены, боковые перегородки и окна.
Любая ограждающая поверхность может быть представлена в виде многослойной стены, каждый слой которой имеет собственное тепловое сопротивление и собственное сопротивление прохождению воздуха. Суммировав тепловое сопротивление всех слоев, мы получим тепловое сопротивление всей стены. Также ели просуммировать сопротивление прохождению воздуха всех слоев, можно понять, как дышит стена. Самая лучшая стена из бруса должна быть эквивалентна стене из бруса толщиной 15 - 20 антиметров. Приведенная далее таблица поможет в этом.
Таблица сопротивления теплопередаче и прохождению воздуха различных материалов ΔT=40 °С (Т нар. =-20 °С. Т внутр. =20 °С.)
|
|
Толщина |
Сопротивление |
Сопротивл. |
|
|
Эквивалент |
||||
|
Кирпичная кладка из обычного 12 сантиметров |
12 |
0.15 |
12 |
6 |
|
Кладка из керамзитобетонных блоков 1000 кг / м 3 |
1.0 |
75 |
17 |
|
|
Пено- газобетон толщиной 30 см 300 кг / м 3 |
2.5 |
190 |
7 |
|
|
Брусовал стена толщиной (сосна) 10 сантиметров |
10 |
0.6 |
45 |
10 |
Для полной картины теплопотерь всего помещения нужно учитывать
- Потери тепла через контакт фундамента с мерзлым грунтом, как правило принимают 15% от потерь тепла через стены первого этажа (с учетом сложности расчета).
- Потери тепла, которые связаны с вентиляцией. Данные потери рассчитываются с учетом строительных норм (СНиП). Для жилого дома требуется около одного воздухообмена в час, то есть за это время необходимо подать тот же объём свежего воздуха. Таким образом, потери которые связаны с вентиляцией будут составлять немного меньше чем сумма теплопотерь приходящиеся на ограждающие конструкции. Выходит, что теплопотери через стены и остекление составляет только 40%, а теплопотери на вентиляцию 50%. В европейских нормах вентиляции и утепления стен, соотношение теплопотерь составляют 30% и 60%.
- Если стена «дышит», как стена из бруса или бревна толщиной 15 - 20 сантиметров то происходит возврат тепла. Это позволяет снизить тепловые потери на 30%. поэтому полученную при расчете величину теплового сопротивления стены необходимо умножить на 1.3 (или соответственно уменьшить теплопотери ).
Суммировав все теплопотери дома, Вы сможете понять какой мощности котел и отопительные приборы необходимы для комфортного обогрева дома в самые холодные и ветряные дни. Также, подобные расчеты покажут, где «слабое звено» и как его исключить с помощью дополнительной изоляции.
Выполнить расчет расхода тепла можно и по укрупненным показателям. Так, в 1-2 этажных не очень утепленных домах при наружной температуре -25 °С необходимо 213 Вт на 1 м 2 общей площади, а при -30 °С - 230 Вт. Для хорошо утепленных домов - этот показатель будет составлять: при -25 °С - 173 Вт на м 2 общей площади, а при -30 °С - 177 Вт.
Чтобы сделать расчет теплопотерь дома нужно знать темрические сопротивления таких элементов как: Стена, окно, крыша, фундамент и так далее. Чтобы найти термическое сопротивление необходимо знать материалов. Учесть вентиляцию и инфильтрацию. Далее мы это разберем по кусочкам.
Предлагаю для простоты понимания расчетов теплопотерь порешать маленькие задачки…
Рассмотрим строение куба 5х5 метра. Грани, которого сделаны из бетона толщиной 200 мм.
Соберем из 6 граней (стен) куб. Смотри изображение.
Внутри куба температура 25 градусов. С наружи -30° С градусов. С земли 6° С.
Кстати не многие знают и понимают, что с земли идет температура 6-7 градусов. На глубине 2 метров эта температура стабильно держится. Я имею ввиду Россию, даже зимой на глубине 2 метра держится температура выше нуля круглогодично. Находящийся сверху снег увеличивает сохранение тепла под землей. И если у Вас под полом первого этажа ничего нет, значит, температура там будет стремиться к 6-8 градусам. При условии утепленного фундамента и отсутствии внешней вентиляции.
Задача, пример расчета
Найти теплопотери конструкции имеющие размеры 5х5х5 метров. Стены, которого сделаны из бетона толщиной 200 мм.
Решение
Сначала рассчитаем одну стену (грань 5х5 м.) S=25 м 2
R – термическое (температурное) сопротивление теплопередаче. (м 2 °С)/Вт
Rмат – термическое сопротивление материала (стена/грань)
Rвн – термическое сопротивление воздуха находящегося возле стенки внутри помещения
Rнар – термическое сопротивление воздуха находящегося возле стенки на улице.
а вн – Коэффициент теплоотдачи стенки в помещении
а нар – Коэффициент теплоотдачи стенки с улицы
Коэффициет теплоотдачи а вн и а нар найдены опытным путем и принимаются за константу и при расчетах всегда: а вн = 8,7 Вт/м 2 ; а нар =23 Вт/м 2 . Бывают исключения.
Коэффициент теплоотдачи согласно СНиП
То есть, если это боковые стены и крыша, то коэффициент теплоотдачи принимается равным 23 Вт/м 2 Если это внутри помещения к наружной стене или крыше то принимается 8,7 Вт/м 2 .
В любом случае, если стены утеплены, то влияние теплоотдачи резко становится не значительным. То есть сопротивление воздуха возле стенки примерно составляет 5% от сопротивления самой стены. Даже если Вы ошибетесь в выборе коэффициента теплоотдачи, то результат общих теплопотерь измениться не более чем на 5%.
Находим теплопотери
Все величины известны кроме термического сопротивления материала (Rмат) - стены
Находим термическое сопротивление материала
Известно, что материал стены – бетон, термическое сопротивление находится по формуле
Теплопроводность материалов таблица
Теплопроводность бетона будет 1,2 Вт/(м °С)
Ответ: Теплопотери одной стены составляют 4243,8 Вт
Посчитаем теплопотери снизу
Ответ: Теплопотери вниз составляют 1466 Вт
В большинстве случаев конструкция снизу выглядит следующим образом
Такая конструкция утепления фундамента позволяет достигнуть эффекта, когда температура под полом у земли достигает 6-8 °С. Это в случаях, когда подпольное помещение не проветривается. Если У Вас имеется вентиляция подпольного помещения, то естественно температура будет снижаться на уровень вентилируемого воздуха. Проветривают подпольное помещение, если требуется исключить попадания вредных газов на первые этажи. Теплые водяные полы на первом этаже в конструкции имеют параизолирующий слой, который препятствует инфильтрации вредных газов и различных паров. Естественно плита перекрытия утепляется до требуемого значения. Утепляют обычно материалом имеющим толщину не менее 50-100 мм, ваты или пенополистирола.
Возвращаемся к задаче
У нас имеется 6 стен, одна из которых смотрит вниз. Поэтому 5 граней соприкасаются с воздухом -30 °С, а грань смотрящая вниз соприкасается с землей, то есть 6 градусов.
Общая сумма тепловых потерь куба составит:
W 5 граней+W вниз = 4243,8 Вт 5+1466 Вт=22685 Вт
Расчет вентиляции
Предлагаю для расчета использовать простой практический пример:
Для жилого дома вентиляцию рассчитывать на каждый квадратный метр площади 1 куб.метр воздуха в час.
Представим что наш куб это двухэтажное здание 5х5метров. Тогда его площадь составит 50 м2. Соответственно его расход воздуха(вентиляция) будет равен 50 м3/час.
Формула расчета тепловых потерь через вентиляцию
Для быстрого расчета вентиляции воспользуемся программой:
Ответ: Теплопотери на вентиляцию составляют 921 Вт.
Требовния СНиП для вентиляции
В итоге для расчета теплопотерь дома нужно найти теплопотери теряемые через ограждения(стены) и вентиляцию. Конечно, в теплотехнике встречается более глубокие расчеты. Например, расчет с применением инфильтрация и сторон света (юг, север, запад и восток).
Инфильтрация – это не организованное поступление воздуха в помещение через неплотности в ограждениях зданий под действием теплового и ветрового давления, а также, возможно, вследствие работы механической вентиляции. Также инфильтрацию называют воздухопроницаемостью.
Грубо говоря, по простому. Стены дышат с помощью инфильтрации. Через микроскопические щели, а они в большинстве случаев есть циркулирует воздух через стены. При расчете теплопотерь здания инфильтрацией можно пренебречь, так как это очень маленькие цифры. Каждый материал обладает своей уникальной способностью пропускать через себя воздух. Если у Вас стены закрыты пенополистирольной плитой, то можно смело сказать что это пароизоляция. А пароизоляция почти исключает инфильтрацию. Обои, штукатурка и краска уменьшают инфильтрацию на столько что ее можно не использовать в расчетах. Теплопоетри на инфильтрацию могут быть меньше 5% теплопотерь от вентиляции.
Расчет инфильтрации
Расчет инфильтрация – это расчет воздухопроницаемости ограждений за счет давления на стену. Давление на стену создается разностью масс воздуха. Поэтому чтобы Вас не грузить формулами расчета воздухопроницаемости, советую воспользоваться программным обеспечением, с помощью этой программы можно делать расчет инфильтрации воздуха.
Купить программу
Также в теплотехнике при расчете теплопотерь дома встречается понимание того, что в зависимости от положения стен (юг, север, запад и восток) меняются теплопотери. И разница между стеной смотрящий на юг и стеной смотрящей на север: Всего 10%.
То есть к существующим потерям через ограждающую конструкцию (стену) добавляется 10% на северную стену.
Таблица. Добавочный коэффициент на сторону света
На практике часто опытные инженеры не занимаются вычислением сторон света, в силу того что иногда нет информации куда смотрит стена. Поэтому можно грубо добавить 5% мощности к общим теплопоетрям.
Но мы посчитаем, как положено:
Теплопотери через ограждающие конструкции составляет: 23746 Вт.
Вместе с вентиляцией: 23746+921=24667 Вт.
Если мы с наружи куба добавим утеплитель: Пенополистирол толщиной 100 мм. То получим следующее.
Ответ: 432,24 Вт. Без утеплителя через бетонную стену уходит 4243,8 Вт тепла. Разница в 10 раз.
Теплопотери через окна
Внутренние стены в расчете теплопотерь не учавствуют, если по разные стороны ограждения одинаковые температуры.
|
Если Вы желаете получать уведомления о новых полезных статьях из раздела: Сантехника, водоснабжение, отопление, то оставте Ваше Имя и Email. |
||
| Комментарии (+) [ Читать / Добавить ] |
Каждое здание, независимо от конструктивных особенностей, пропускает тепловую энергию через ограждения. Потери тепла в окружающую среду необходимо восстанавливать с помощью системы отопления. Сумма теплопотерь с нормируемым запасом – это и есть требуемая мощность источника тепла, которым обогревается дом. Чтобы создать в жилище комфортные условия, расчет теплопотерь производят с учетом различных факторов: устройства здания и планировки помещений, ориентации по сторонам света, направления ветров и средней мягкости климата в холодный период, физических качеств строительных и теплоизоляционных материалов.
По итогам теплотехнического расчета выбирают отопительный котел, уточняют количество секций батареи, считают мощность и длину труб теплого пола, подбирают теплогенератор в помещение – в общем, любой агрегат, компенсирующий потери тепла. По большому счету, определять потери тепла нужно для того, чтобы отапливать дом экономно – без лишнего запаса мощности системы отопления. Вычисления выполняют ручным способом либо выбирают подходящую компьютерную программу, в которую подставляют данные.
Как выполнить расчет?
Сначала стоит разобраться с ручной методикой – для понимания сути процесса. Чтобы узнать, сколько тепла теряет дом, определяют потери через каждую ограждающую конструкцию по отдельности, а затем складывают их. Расчет выполняют поэтапно.
1. Формируют базу исходных данных под каждое помещение, лучше в виде таблицы. В первом столбце записывают предварительно вычисленную площадь дверных и оконных блоков, наружных стен, перекрытий, пола. Во второй столбец заносят толщину конструкции (это проектные данные или результаты замеров). В третий – коэффициенты теплопроводности соответствующих материалов. В таблице 1 собраны нормативные значения, которые понадобятся в дальнейшем расчете:
Чем выше λ, тем больше тепла уходит сквозь метровую толщину данной поверхности.
2. Определяют теплосопротивление каждой прослойки: R = v/ λ, где v – толщина строительного или теплоизоляционного материала.
3. Делают расчет теплопотерь каждого конструктивного элемента по формуле: Q = S*(Т в -Т н)/R, где:
- Т н – температура на улице, °C;
- Т в – температура внутри помещения,°C;
- S – площадь, м2.
Разумеется, на протяжении отопительного периода погода бывает разной (к примеру, температура колеблется от 0 до -25°C), а дом обогревается до нужного уровня комфорта (допустим, до +20°C). Тогда разность (Т в -Т н) варьируется от 25 до 45.
Чтобы сделать расчет, нужна средняя разница температур за весь отопительный сезон. Для этого в СНиП 23-01-99 «Строительная климатология и геофизика» (таблица 1) находят среднюю температуру отопительного периода для конкретного города. Например, для Москвы этот показатель равен -26°. В этом случае средняя разница составляет 46°C. Для определения расхода тепла через каждую конструкцию складывают теплопотери всех ее слоев. Так, для стен учитывают штукатурку, кладочный материал, внешнюю теплоизоляцию, облицовку.
4. Считают итоговые потери тепла, определяя их как сумму Q внешних стен, пола, дверей, окон, перекрытий.
5. Вентиляция. К результату сложения добавляется от 10 до 40 % потерь на инфильтрацию (вентиляцию). Если установить в дом качественные стеклопакеты, а проветриванием не злоупотреблять, коэффициент инфильтрации можно принять за 0,1. В отдельных источниках указывается, что здание при этом вообще не теряет тепло, поскольку утечки компенсируются за счет солнечной радиации и бытовых тепловыделений.
Подсчет вручную
Исходные данные. Одноэтажный дом площадью 8х10 м, высотой 2,5 м. Стены толщиной 38 см сложены из керамического кирпича, изнутри отделаны слоем штукатурки (толщина 20 мм). Пол изготовлен из 30-миллиметровой обрезной доски, утеплен минватой (50 мм), обшит листами ДСП (8 мм). Здание имеет подвал, температура в котором зимой составляет 8°C. Потолок перекрыт деревянными щитами, утеплен минватой (толщина 150 мм). Дом имеет 4 окна 1,2х1 м, входную дубовую дверь 0,9х2х0,05 м.
Задание: определить общие теплопотери дома из расчета, что он находится в Московской области. Средняя разность температур в отопительный сезон – 46°C (как было сказано ранее). Помещение и подвал имеют разницу по температуре: 20 – 8 = 12°C.
1. Теплопотери через наружные стены.
Общая площадь (за вычетом окон и дверей): S = (8+10)*2*2,5 – 4*1,2*1 – 0,9*2 = 83,4 м2.
Определяется теплосопротивление кирпичной кладки и штукатурного слоя:
- R клад. = 0,38/0,52 = 0,73 м2*°C/Вт.
- R штук. = 0,02/0,35 = 0,06 м2*°C/Вт.
- R общее = 0,73 + 0,06 = 0,79 м2*°C/Вт.
- Теплопотери сквозь стены: Q ст = 83,4 * 46/0,79 = 4856,20 Вт.
2. Потери тепла через пол.
Общая площадь: S = 8*10 = 80 м2.
Вычисляется теплосопротивление трехслойного пола.
- R доски = 0,03/0,14 = 0,21 м2*°C/Вт.
- R ДСП = 0,008/0,15 = 0,05 м2*°C/Вт.
- R утепл. = 0,05/0,041 = 1,22 м2*°C/Вт.
- R общее = 0,03 + 0,05 + 1,22 = 1,3 м2*°C/Вт.
Подставляем значения величин в формулу для нахождения теплопотерь: Q пола = 80*12/1,3 = 738,46 Вт.
3. Потери тепла через потолок.
Площадь потолочной поверхности равна площади пола S = 80 м2.
Определяя теплосопротивление потолка, в данном случае не берут во внимание деревянные щиты: они закреплены с зазорами и не являются барьером для холода. Тепловое сопротивление потолка совпадает с соответствующим параметром утеплителя: R пот. = R утепл. = 0,15/0,041 = 3,766 м2*°C/Вт.
Величина теплопотерь сквозь потолок: Q пот. = 80*46/3,66 = 1005,46 Вт.
4. Теплопотери через окна.
Площадь остекления: S = 4*1,2*1 = 4,8 м2.
Для изготовления окон использован трехкамерный ПВХ профиль (занимает 10 % площади окна), а также двухкамерный стеклопакет с толщиной стекол 4 мм и расстоянием между стеклами 16 мм. Среди технических характеристик производитель указал тепловые сопротивления стеклопакета (R ст.п. = 0,4 м2*°C/Вт) и профиля (R проф. = 0,6 м2*°C/Вт). Учитывая размерную долю каждого конструктивного элемента, определяют среднее теплосопротивление окна:
- R ок. = (R ст.п.*90 + R проф.*10)/100 = (0,4*90 + 0,6*10)/100 = 0,42 м2*°C/Вт.
- На базе вычисленного результата считаются теплопотери через окна: Q ок. = 4,8*46/0,42 = 525,71 Вт.
Площадь двери S = 0,9*2 = 1,8 м2. Тепловое сопротивление R дв. = 0,05/0,14 = 0,36 м2*°C/Вт, а Q дв. = 1,8*46/0,36 = 230 Вт.
Итоговая сумма теплопотерь дома составляет: Q = 4856,20 Вт + 738,46 Вт + 1005,46 Вт + 525,71 Вт + 230 Вт = 7355,83 Вт. С учетом инфильтрации (10 %) потери увеличиваются: 7355,83*1,1 = 8091,41 Вт.
Чтобы безошибочно посчитать, сколько тепла теряет здание, используют онлайн калькулятор теплопотерь. Это компьютерная программа, в которую вводятся не только перечисленные выше данные, но и различные дополнительные факторы, влияющие на результат. Преимуществом калькулятора является не только точность расчетов, но и обширная база справочных данных.
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.
Безусловно, основные очаги теплопотери в доме - двери и окна, но при просмотре картины через экран тепловизора легко увидеть, что это не единственные источники утечки. Тепло теряется и через неграмотно монтированную кровлю, холодный пол, не утепленные стены. Теплопотери дома сегодня рассчитываются при помощи специального калькулятора. Это позволяет подобрать оптимальный вариант отопления и провести дополнительные работы по утеплению строения. Интересно, что для каждого типа строений (из бруса, бревен, силикатного или керамического кирпича) уровень теплопотерь будет разным. Поговорим об этом подробнее.
Основы расчета теплопотерь
Контроль над теплопотерями систематично проводится только для помещений, отапливающихся в соответствии с сезоном. Помещения, не предназначенные для сезонного проживания, не подпадают под категорию зданий, поддающихся тепловому анализу. Программа теплопотери дома в этом случае не будет иметь практического значения.
Чтобы провести полный анализ, рассчитать теплоизоляционные материалы и подобрать систему отопления с оптимальной мощностью, необходимо обладать знаниями о реальной теплопотере жилища. Стены, крыша, окна и пол - не единственные очаги утечки энергии из дома. Большая часть тепла уходит из помещения через неправильно монтированные вентиляционные системы.
Факторы, влияющие на теплопотери
Основными факторами, влияющими на уровень теплопотерь, являются:
- Высокий уровень перепада температур между внутренним микроклиматом помещения и температурой на улице.
- Характер теплоизоляционных свойств ограждающих конструкций, к которым относятся стены, перекрытия, окна и др.
Величины измерения теплопотери
Ограждающие конструкции выполняют барьерную функцию для тепла и не позволяют ему свободно выходить наружу. Такой эффект объясняется теплоизоляционными свойствами изделий. Величина, использующаяся для измерения теплоизоляционных свойств, зовется теплопередающим сопротивлением. Такой показатель отвечает за отражение перепада значения температур при прохождении n-ого количества тепла через участок оградительных конструкций площадью 1 м 2. Итак, разберемся с тем, как рассчитать теплопотери дома.
К основным величинам, необходимым для вычисления теплопотери дома, относятся:
- q - величина, обозначающая количество тепла, уходящего из помещения наружу через 1 м 2 барьерной конструкции. Измеряется в Вт/м 2 .
- ∆T - разница между температурой в доме и на улице. Измеряется в градусах (о С).
- R - сопротивление теплопередаче. Измеряется в °С/Вт/м² или °С·м²/Вт.
- S - площадь здания или поверхности (используется по необходимости).
Формула расчета теплопотери
Программа теплопотери дома рассчитывается по специальной формуле:
Проводя расчет, помните, что для конструкций, состоящих из нескольких слоев, суммируется сопротивление каждого слоя. Итак, как рассчитать теплопотери каркасного дома, обложенного кирпичом снаружи? Сопротивление потере тепла будет равно сумме сопротивления кирпича и дерева с учетом воздушной прослойкой между слоями.
Важно! Обратите внимание, что расчет сопротивления проводится для самого холодного времени года, когда разница температур достигает своего пика. В справочниках и пособиях всегда указывается именно это опорное значение, использующееся для дальнейших расчетов.
Особенности расчета теплопотерь деревянного дома
Расчет теплопотерь дома, особенности которого при вычислении необходимо учитывать, проводится в несколько этапов. Процесс требует особого внимания и сосредоточенности. Вычислить теплопотери в частном доме по простой схеме можно так:
- Определяют через стены.
- Рассчитывают через оконные конструкции.
- Через дверные проемы.
- Производят расчет через перекрытия.
- Вычисляют теплопотери деревянного дома через напольное покрытие.
- Складывают полученные ранее значения.
- Учитывая тепловое сопротивление и потерю энергии через вентиляцию: от 10 до 360%.
Для результатов пунктов 1-5 используется стандартная формула расчета теплопотери дома (из бруса, кирпича, дерева).
Важно! Теплосопротивление для оконных конструкций берется из СНИП ІІ-3-79.
Строительные справочники зачастую содержат информацию в упрощенной форме, то есть результаты расчета теплопотери дома из бруса приводятся для разных типов стен и перекрытий. Например, вычисляют сопротивление при разнице температур для нетипичных помещений: угловых и не угловых комнат, одно- и многоэтажных строений.
Необходимость расчета теплопотерь
Обустройство комфортного жилища требует строгого контроля процесса на каждом из этапов выполнения работ. Поэтому организацию системы отопления, которой предшествует выбор самого метода обогрева помещения, нельзя упускать из виду. Работая над возведением дома, немало времени придется уделить не только проектной документации, но и расчету теплопотери дома. Если в дальнейшем вы собираетесь работать в области проектирования, то инженерные навыки расчета теплопотерь вам точно пригодятся. Так почему бы не потренироваться выполнять эту работу на опыте и сделать подробный расчет теплопотерь для собственного дома.
Важно! Выбор способа и мощности системы отопления напрямую зависит от проведенных вами расчетов. Вычислив показатель теплопотери неверно, вы рискуете мерзнуть в холодное время или изнемогать от жары из-за чрезмерного обогрева помещения. Необходимо не только правильно выбрать прибор, но и определить количество батарей или радиаторов, способное обогреть одну комнату.
Оценка теплопотери на расчетном примере
Если у вас нет необходимости изучать расчет теплопотери дома подробно, остановимся на оценочном разборе и определении потери тепла. Иногда в процессе расчетов возникают погрешности, поэтому лучше прибавлять минимальное значение к предполагаемой мощности отопительной системы. Для того чтобы приступить к расчетам, необходимо знать показатель сопротивления стен. Он отличается в зависимости от типа материала, из которого изготовлена постройка.
Сопротивление (R) для домов из керамического кирпича (при толщине кладки в два кирпича - 51 см) равно 0,73 °С·м²/Вт. Минимальный показатель толщины при таком значении должен составлять 138 см. При использовании в качестве базового материала керамзитбетона (при толщине стены 30 см) R составляет 0,58 °С·м²/Вт при минимальной толщине в 102 см. В деревянном доме или постройке из бруса с толщиной стен в 15 см и уровнем сопротивления 0,83 °С·м²/Вт требуется минимальная толщина в 36 см.
Стройматериалы и их сопротивление теплопередаче
Опираясь на эти параметры, можно с легкостью проводить расчеты. Найти значения сопротивлений вы можете в справочнике. В строительстве чаще всего используются кирпич, сруб из бруса или бревен, пенобетон, деревянный пол, потолочные перекрытия.
Значения сопротивления теплопередаче для:
- кирпичной стены (толщ. 2 кирпича) - 0,4;
- сруба из бруса (толщ. 200 мм) - 0,81;
- сруба из бревна (диаметром 200 мм) - 0,45;
- пенобетона (толщ. 300 мм) - 0,71;
- деревянного пола - 1,86;
- перекрытия потолка - 1,44.
Исходя из поданной выше информации, можно сделать вывод, что для правильного расчета теплопотерь потребуется всего две величины: показатель перепада температур и уровень сопротивления теплопередаче. Например, дом сделан из дерева (бревна) толщиной 200 мм. Тогда сопротивление равно 0,45 °С·м²/ Вт. Зная эти данные, можно вычислить процент теплопотери. Для этого проводят операцию деления: 50/0,45=111,11 Вт/м².
Расчет теплопотери по площади выполняется так: теплопотери умножаются на 100 (111,11*100=11111 Вт). С учетом расшифровки величины (1 Вт=3600) полученное число умножаем на 3600 Дж/час: 11111*3600=39,999 МДж/час. Проведя такие простые математические операции, любой хозяин может узнать о теплопотерях своего дома за час.
Расчет теплопотери помещения в онлайн-режиме
В интернете есть множество сайтов, предлагающих услугу онлайн-расчета теплопотери здания в режиме реального времени. Калькулятор представляет собой программу со специальной формой для заполнения, куда вы введете свои данные и после автоматического проведения подсчета увидите результат - цифру, которая и будет означать количество выхода тепла из жилого помещения.
Жилое помещение - это постройка, в которой проживают в течение всего отопительного сезона. Как правило, дачные строения, где отопительная система работает периодически и по необходимости, к категории жилых строений не относятся. Чтобы провести переоснащение и достичь оптимального режима теплообеспечения, придется провести ряд работ и по необходимости увеличить мощность системы отопления. Такое переоснащение может затянуться на длительный период. В целом весь процесс зависит от конструктивных особенностей дома и показателей увеличения мощности системы отопления.
Многие даже не слышали о существовании такого понятия, как «теплопотери дома», и впоследствии, сделав конструктивно правильный монтаж отопительной системы, всю жизнь мучаются от недостатка или избытка тепла в доме, даже не догадываясь об истинной причине. Именно поэтому так важно учитывать каждую деталь при проектировании жилища, заниматься лично контролем и построением, чтобы в итоге получить качественный результат. В любом случае жилище, независимо от того, из какого материала оно строится, должно быть комфортным. А такой показатель, как теплопотеря строения жилого характера, поможет сделать пребывание дома еще приятнее.
