Расчет теплопотерь дома
Дом теряет тепло через ограждающие конструкции (стены, окна, крыша, фундамент), вентиляцию и канализацию. Основные потери тепла идут через ограждающие конструкции — 60-90% от всех теплопотерь.
Расчет теплопотерь дома нужен, как минимум, чтобы правильно подобрать котёл. Также можно прикинуть, сколько денег будет уходить на отопление в планируемом доме. Вот пример расчёта для газового котла и электрического . Также можно благодаря расчётам провести анализ финансовой эффективности утепления, т.е. понять окупятся ли затраты на монтаж утепления экономией топлива за срок службы утеплителя.
Теплопотери через ограждающие конструкции
Приведу пример расчета для внешних стен двухэтажного дома.|
1) Вычисляем сопротивление теплопередаче стены , деля толщину материала на его коэффициент теплопроводности. Например, если стена построена из тёплой керамики толщиной 0,5 м с коэффициентом теплопроводности 0,16 Вт/(м×°C), то делим 0,5 на 0,16: 0,5 м / 0,16 Вт/(м×°C) = 3,125 м 2 ×°C/Вт Коэффициенты теплопроводности строительных материалов можно взять . |
|
2) Вычисляем общую площадь внешних стен. Приведу упрощённый пример квадратного дома:
(10 м ширина × 7 м высота × 4 стороны) - (16 окон × 2,5 м 2) = 280 м 2 - 40 м 2 = 240 м 2 |
|
3) Делим единицу на сопротивление теплопередаче, тем самым получая теплопотери с одного квадратного метра стены на один градус разницы температуры. 1 / 3,125 м 2 ×°C/Вт = 0,32 Вт / м 2 ×°C |
|
4) Cчитаем теплопотери стен. Умножаем теплопотери с одного квадратного метра стены на площадь стен и на разницу температур внутри дома и снаружи. Например, если внутри +25°C, а снаружи -15°C, то разница 40°C. 0,32 Вт / м 2 ×°C × 240 м 2 × 40 °C = 3072 Вт Вот это число и является теплопотерей стен. Измеряется теплопотеря в ваттах, т.е. это мощность теплопотери. |
|
5) В киловатт-часах удобнее понимать смысл теплопотерь. За 1 час через наши стены при разнице температур в 40°C уходит тепловой энергии: 3072 Вт × 1 ч = 3,072 кВт×ч За 24 часа уходит энергии: 3072 Вт × 24 ч = 73,728 кВт×ч |
Понятное дело, что за время отопительного периода погода разная, т.е. разница температур всё время меняется. Поэтому, чтобы вычислить теплопотери за весь отопительный период, нужно в пункте 4 умножать на среднюю разницу температур за все дни отопительного периода.
Например, за 7 месяцев отопительного периода средняя разница температур в помещении и на улице была 28 градусов, значит теплопотери через стены за эти 7 месяцев в киловатт-часах:
0,32 Вт / м 2 ×°C × 240 м 2 × 28 °C × 7 мес × 30 дней × 24 ч = 10838016 Вт×ч = 10838 кВт×ч
Число вполне «осязаемое». Например, если бы отопление было электрическое, то можно посчитать сколько бы ушло денег на отопление, умножив полученное число на стоимость кВт×ч. Можно посчитать сколько ушло денег на отопление газом, вычислив стоимость кВт×ч энергии от газового котла. Для этого нужно знать стоимость газа, теплоту сгорания газа и КПД котла.
Кстати, в последнем вычислении вместо средней разницы температур, количества месяцев и дней (но не часов, часы оставляем), можно было использовать градусо-сутки отопительного периода — ГСОП, некоторая информация . Можно найти уже посчитанные ГСОП для разных городов России и перемножать теплопотери с одного квадратного метра на площадь стен, на эти ГСОП и на 24 часа, получив теплопотери в кВт*ч.
Аналогично стенам нужно посчитать значения теплопотерь для окон, входной двери, крыши, фундамента. Потом всё просуммировать и получится значение теплопотерь через все ограждающие конструкции. Для окон, кстати, не нужно будет узнавать толщину и теплопроводность, обычно уже есть готовое посчитанное производителем сопротивление теплопередаче стеклопакета . Для пола (в случае плитного фундамента) разница температур не будет слишком большой, грунт под домом не такой холодный, как наружный воздух.
Теплопотери через вентиляцию
Примерный объем имеющегося воздуха в доме (объём внутренних стен и мебели не учитываю):10 м х10 м х 7 м = 700 м 3
Плотность воздуха при температуре +20°C 1,2047 кг/м 3 . Удельная теплоемкость воздуха 1,005 кДж/(кг×°C). Масса воздуха в доме:
700 м 3 × 1,2047 кг/м 3 = 843,29 кг
Допустим, весь воздух в доме меняется 5 раз в день (это примерное число). При средней разнице внутренней и наружной температур 28 °C за весь отопительный период на подогрев поступающего холодного воздуха будет в среднем в день тратится тепловой энергии:
5 × 28 °C × 843,29 кг × 1,005 кДж/(кг×°C) = 118650,903 кДж
118650,903 кДж = 32,96 кВт×ч (1 кВт×ч = 3600 кДж)
Т.е. во время отопительного периода при пятикратном замещении воздуха дом через вентиляцию будет терять в среднем в день 32,96 кВт×ч тепловой энергии. За 7 месяцев отопительного периода потери энергии будут:
7 × 30 × 32,96 кВт×ч = 6921,6 кВт×ч
Теплопотери через канализацию
Во время отопительного периода поступающая в дом вода довольно холодная, допустим, она имеет среднюю температуру +7°C. Нагрев воды требуется, когда жильцы моют посуду, принимают ванны. Также частично нагревается вода от окружающего воздуха в бачке унитаза. Всё полученное водой тепло жильцы смывают в канализацию.Допустим, что семья в доме потребляет 15 м 3 воды в месяц. Удельная теплоёмкость воды 4,183 кДж/(кг×°C). Плотность воды 1000 кг/м 3 . Допустим, что в среднем поступающая в дом вода нагревается до +30°C, т.е. разница температур 23°C.
Соответственно в месяц теплопотери через канализацию составят:
1000 кг/м 3 × 15 м 3 × 23°C × 4,183 кДж/(кг×°C) = 1443135 кДж
1443135 кДж = 400,87 кВт×ч
За 7 месяцев отопительного периода жильцы выливают в канализацию:
7 × 400,87 кВт×ч = 2806,09 кВт×ч
Заключение
В конце нужно сложить полученные числа теплопотерь через ограждающие конструкции, вентиляцию и канализацию. Получится примерное общее число теплопотерь дома.Надо сказать, что теплопотери через вентиляцию и канализацию довольно стабильные, их трудно уменьшить. Не будете же вы реже мыться под душем или плохо вентилировать дом . Хотя частично теплопотери через вентиляцию можно снизить с помощью рекуператора.
Если я где-то допустил ошибку, напишите в комментарии, но вроде всё перепроверил несколько раз. Надо сказать, что есть значительно более сложные методики расчета теплопотерь, там учитываются дополнительные коэффициенты, но их влияние незначительное.
Дополнение.
Расчет теплопотерь дома также можно сделать с помощью СП 50.13330.2012 (актуализированная редакция СНиП 23-02-2003). Там есть приложение Г «Расчет удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию жилых и общественных зданий», сам расчет будет значительно сложнее, там используется больше факторов и коэффициентов.
Показаны 25 последних комментариев. Показать все комментарии (54).
|
Андрей Владимирович
(11.01.2018 14:52)
В целом все отлично для простых смертных. Единственное я бы посоветовал, для тех кто любит указывать на неточности, в начале статьи указать более полную формулу Q=S*(tвн-tнар)*(1+∑β)*n/Rо и объяснить,что (1+∑β)*n с учетом всех коэффициентов будет незначительно отличаться от 1 и не может грубо исказить расчет теплопотерь всей ограждающей конструкции, т.е. берем за основу формулу Q=S*(tвн-tнар)*1/Rо. С расчетом теплопотерь вентиляции не согласен, считаю по другому.Я бы высчитал общую теплоемкость всего объема, а затем умножил на реальную кратность. Удельную теплоемкость воздуха я бы все таки взял морозного (греть то будем уличный воздух), а она будет прилично выше. Да и теплоемкость воздушной смеси лучше взять сразу в Вт, равна 0.28 Вт / (кг °С). |
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, 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.
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.
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
| 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.
Принято считать, что для средней полосы России мощность отопительных систем должна рассчитываться исходя из соотношения 1 кВт на 10 м 2 отапливаемой площади. Что говорится в СНиП и каковы реальные расчетные теплопотери домов, построенных из различных материалов?
СНиП указывает на то, какой дом можно считать, скажем так, правильным. Из него мы позаимствуем строительные нормы для Московского региона и сравним их с типичными домами, построенными из бруса, бревна, пенобетона, газобетона, кирпича и по каркасным технологиям.
Как должно быть по правилам (СНиП)
Однако взятые нами значения в 5400 градусо-суток для московского региона являются пограничными к значению 6000, по которому в соответствии со СНиПом сопротивление теплопередаче стен и кровли должно составлять 3,5 и 4,6 м 2 ·°С/Вт соответственно, что эквивалентно 130 и 170 мм минеральной ваты с коэффициентом теплопроводности λА=0,038 Вт/(м·°К).
Как в реальности
Зачастую люди строят «каркасники», бревенчатые, брусовые и каменные дома исходя из доступных материалов и технологий. Например, чтобы соответствовать СНиП, диаметр бревен сруба должен быть больше 70 см, но это абсурд! Потому чаще всего строят так, как удобнее или как больше нравится.
Для сравнительных расчетов мы воспользуемся удобным калькулятором теплопотерь, который расположен на сайте его автора. Для упрощения расчетов возьмем одноэтажное прямоугольное помещение со сторонами 10 х 10 метров. Одна стена глухая, на остальных по два небольших окна с двухкамерными стеклопакетами, плюс одна утепленная дверь. Крыша и потолок утеплены 150 мм каменной ваты, как наиболее типичный вариант.
Кроме теплопотерь через стены есть еще понятие инфильтрации – проникновения воздуха через стены, а также понятие бытового тепловыделения (от кухни, приборов и т.п.), которое по СНиП приравнивается к 21 Вт на м 2 . Но мы это учитывать сейчас не будем. Равно как и потери на вентиляцию, потому как это требует и вовсе отдельного разговора. Разница температур принята за 26 градусов (22 в помещении и -4 снаружи – как усредненное за отопительный сезон в московском регионе).
Итак, вот итоговая диаграмма сравнения теплопотерь домов из различных материалов :
Пиковые теплопотери рассчитаны для наружной температуры -25°С. Они показывают, какой максимальной мощности должна быть система отопления. «Дом по СНиП (3,5, 4,6, 0,6)» – это расчет исходя из более строгих требований СНиП к тепловому сопротивлению стен, кровли и пола, который применим к домам в чуть более северных регионах, нежели чем Московская область. Хотя, зачастую, могут применяться и к ней.
Главный вывод – если при строительстве вы руководствуетесь СНиП, то мощность отопления следует закладывать не 1 кВт на 10 м 2 , как принято считать, а на 25-30% меньше. И это еще без учета бытового тепловыделения. Однако соблюсти нормы не всегда получается, а детальный расчет отопительной системы лучше доверить квалифицированным инженерам.
Также вам может быть интересно
:
—
—
—
