Расчёт теплопотерь частного дома с примерами

Расчёт теплопотерь частного дома с примерами

Проектирование системы отопления «на глазок» с большой вероятностью может привести либо к неоправданному завышению расходов на ее эксплуатацию, либо к недогреву жилища.

Чтобы не случилось ни того ни другого, необходимо в первую очередь грамотно выполнить расчет теплопотерь дома.

И только на основании полученных результатов подбирается мощность котла и радиаторов. Наш разговор пойдет о том, каким способом производятся эти вычисления и что при этом нужно учитывать.

Авторы многих статей сводят расчет теплопотерь к одному простому действию: предлагается умножить площадь отапливаемого помещения на 100 Вт. Единственное условие, которое при этом выдвигается, относится к высоте потолка — она должна составлять 2,5 м (при других значениях предлагается вводить поправочный коэффициент).

На самом деле такой расчет является настолько приблизительным, что полученные с его помощью цифры можно смело приравнивать к «взятым с потолка». Ведь на удельную величину теплопотерь влияет целый ряд факторов: материал ограждающих конструкций, наружная температура, площадь и тип остекления, кратность воздухообмена и пр.

Расчёт теплопотерь частного дома с примерами

Теплопотери дома

Более того, даже для домов с различной отапливаемой площадью при прочих равных условиях ее значение будет разным: в маленьком доме — больше, в большом — меньше. Так проявляется закон квадрата-куба.

Поэтому владельцу дома крайне важно освоить более точную методику определения теплопотерь. Такой навык позволит не только подобрать отопительное оборудование с оптимальной мощностью, но и оценить, к примеру, экономический эффект от утепления. В частности, можно будет понять, превзойдет ли срок службы теплоизолятора период его окупаемости.

Первое, что необходимо сделать исполнителю — разложить общие теплопотери на три составляющие:

  • потери через ограждающие конструкции;
  • обусловленные работой вентиляционной системы;
  • связанные со сбросом нагретой воды в канализацию.

Рассмотрим каждую из разновидностей подробно.

Расчет теплопотерь

Вот как следует производить вычисления:

Теплопотери через ограждающие конструкции

Расчёт теплопотерь частного дома с примерами

  • Для каждого слоя ограждающих конструкций определяем термическое сопротивление по формуле: R = S/Кт, где S – толщина данного слоя, м.
  • Для многослойных конструкций сопротивления всех слоев нужно сложить.
  • Определяем теплопотери для каждой конструкции по формуле Q = (A / R) *dT,
  • Где:
  • А — площадь ограждающей конструкции, кв. м;
  • dT — разность наружной и внутренней температур.
  • dT следует определять для самой холодной пятидневки.

Теплопотери через вентиляцию

Расчёт теплопотерь частного дома с примерами

В жилых зданиях, возведенных по отечественным стандартам (стены являются паропроницаемыми), она равна единице, то есть за час должен обновиться весь объем воздуха в помещении.

В домах, построенных по европейской технологии (стандарт DIN), при которой стены изнутри застилаются пароизоляцией, кратность воздухообмена приходится увеличивать до 2-х. То есть за час воздух в помещении должен обновиться дважды.

  1. Теплопотери через вентиляцию определим по формуле:
  2. Qв = (V*Кв / 3600) * р * с * dT,
  3. Где
  • V — объем помещения, куб. м;
  • Кв — кратность воздухообмена;
  • Р — плотность воздуха, принимается равной 1,2047 кг/куб. м;
  • С — удельная теплоемкость воздуха, принимается равной 1005 Дж/кг*С.

Приведенный расчет позволяет определить мощность, которую должен иметь теплогенератор системы отопления. Если она оказалась слишком высокой, можно сделать следующее:

Расчёт теплопотерь частного дома с примерами

  • понизить требования к уровню комфорта, то есть установить желаемую температуру в наиболее холодный период на минимальной отметке, допустим, в 18 градусов;
  • на период сильных холодов понизить кратность воздухообмена: минимально допустимая производительность приточной вентиляции составляет 7 куб. м/ч на каждого обитателя дома;
  • предусмотреть организацию приточно-вытяжной вентиляции с рекуператором.

Заметим, что рекуператор полезен не только зимой, но и летом: в жару он позволяет сэкономить произведенный кондиционером холод, хотя и работает в это время не столь эффективно, как в мороз.

Правильнее всего при проектировании дома выполнить зонирование, то есть назначить для каждого помещения свою температуру исходя из требуемого комфорта.

К примеру, в детской или комнате пожилого человека следует обеспечить температуру порядка 25-ти градусов, тогда как для гостиной будет достаточно и 22-х.

На лестничной площадке или в помещении, где жильцы появляются редко либо имеются источники тепловыделения, расчетную температуру можно вообще ограничить 18-ю градусами.

Очевидно, что цифры, полученные в данном расчете, актуальны только для очень короткого периода — самой холодной пятидневки. Чтобы определить общий объем энергозатрат за холодный сезон, параметр dT нужно вычислять с учетом не самой низкой, а средней температуры. Затем нужно выполнить следующее действие:

W = ((Q + Qв) * 24 * N)/1000,

Где:

  • W — количество энергии, требующейся для восполнения теплопотерь через ограждающие конструкции и вентиляцию, кВт*ч;
  • N — количество дней в отопительном сезоне.

Однако, данный расчет окажется неполным, если не будут учтены потери тепла в канализационную систему.

Теплопотери через канализацию

Расчёт теплопотерь частного дома с примерами

  • Но в данной части расчета следует учитывать не только прямой нагрев воды, но и косвенный — отбор тепла осуществляет вода в бачке и сифоне унитаза, которая также сбрасывается в канализацию.
  • Исходя из этого, средняя температура нагрева воды принимается равной всего 30-ти градусам. Теплопотери через канализацию рассчитываем по следующей формуле:
  • Qк = (Vв * T * р * с * dT) / 3 600 000,
  • Где:
  • Vв — месячный объем потребления воды без разделения на горячую и холодную, куб. м/мес.;
  • Р — плотность воды, принимаем р = 1000 кг/куб. м;
  • С — теплоемкость воды, принимаем с = 4183 Дж/кг*С;
  • dT — разность температур. Учитывая, что вода на входе зимой имеет температуру около +7 градусов, а среднюю температуру нагретой воды мы условились считать равной 30-ти градусам, следует принимать dT = 23 градуса.
  • 3 600 000 — количество джоулей (Дж) в 1-м кВт*ч.

Пример расчета теплопотерь дома

Расчёт теплопотерь частного дома с примерами

Стены имеют толщину 500 мм и выстроены из теплой керамики (Кт = 0,16 Вт/м*С), снаружи утеплены минеральной ватой толщиной 50 мм (Кт = 0,04 Вт/м*С).

В доме имеется 16 окон площадью по 2,5 кв. м.

  1. Наружная температура в самую холодную пятидневку составляет -25 градусов.
  2. Средняя наружная температура за отопительный период — (-5) градусов.
  3. Внутри дома требуется обеспечить температуру +23 градуса.

Потребление воды — 15 куб. м/мес.

Продолжительность отопительного периода — 6 мес.

Определяем теплопотери через ограждающие конструкции (для примера рассмотрим только стены)

Расчёт теплопотерь частного дома с примерами

  • основного материала: R1 = 0,5 / 0,16 = 3,125 кв. м*С/Вт;
  • утеплителя: R2 = 0,05/0,04 = 1,25 кв. м*С/Вт.

То же для стены в целом: R = R1 + R2 = 3.125 + 1.25 = 4.375 кв. м*С/Вт.

Определяем площадь стен: А = 10 х 4 х 7 – 16 х 2,5 = 240 кв. м.

Теплопотери через стены составят:

Qс = (240 / 4.375) * (23 – (-25)) = 2633 Вт.

Аналогичным образом рассчитываются теплопотери через крышу, пол, фундамент, окна и входную дверь, после чего все полученные значения суммируются. Термическое сопротивление дверей и окон производители обычно указывают в паспорте на изделие.

Обратите внимание на то, что при расчете теплопотерь через пол и фундамент (при наличии подвала) разность температур dT будет намного меньшей, так как при ее вычислении учитывается температура не воздуха, а грунта, который зимой является гораздо более теплым.

Теплопотери через вентиляцию

Определяем объем воздуха в помещении (для упрощения расчета толщина стен не учитывается):

V = 10х10х7 = 700 куб. м.

Принимая кратность воздухообмена Кв = 1, определяем теплопотери:

Qв = (700 * 1 / 3600) * 1,2047 * 1005 * (23 – (-25)) = 11300 Вт.

Расчёт теплопотерь частного дома с примерами

Вентиляция в доме

Теплопотери через канализацию

С учетом того, что жильцы потребляют 15 куб. м воды в месяц, а расчетный период составляет 6 мес., теплопотери через канализацию составят:

Qк = (15 * 6 * 1000 * 4183 * 23) / 3 600 000 = 2405 кВт*ч

Оценка полного объема энергозатрат

Для оценки всего объема энергозатрат за отопительный период необходимо пересчитать теплопотери через вентиляцию и ограждающие конструкции с учетом средней температуры, то есть dT составит не 48, а только 28 градусов.

Тогда средняя мощность потерь через стены составят:

Qс = (240 / 4.375) * (23 – (-5)) = 1536 Вт.

  • Предположим, что через крышу, пол, окна и двери дополнительно теряется в среднем 800 Вт, тогда совокупная средняя мощность теплопотерь через ограждающие конструкции составит Q = 1536 + 800 = 2336 Вт.
  • Qв = (700 * 1 / 3600) * 1,2047 * 1005 * (23 – (-5)) =6592 Вт.
  • Тогда за весь период на отопление придется затратить:
  • W = ((2336 + 6592)*24*183)/1000 = 39211 кВт*ч.
  • К этой величине нужно прибавить 2405 кВт*ч потерь через канализацию, так что общий объем энергозатрат за отопительный период составит 41616 кВт*ч.

Средняя мощность теплопотерь через вентиляцию составит:

Если в качестве энергоносителя используется только газ, из 1-го куб. м которого удается получить 9,45 кВт*ч тепла, то его понадобится 41616 / 9,45 = 4404 куб. м.

Видео на тему

Теплопотери в доме

В переходной и холодный период года температура на улицах падает, и возрастает разница температур внутреннего воздуха и воздуха на улице. И как уже мы упоминали, Второй закон термодинамики никто не отменял, поэтому тепло с ваших домов и квартир стремится его покинуть и обогреть холодную окружающую среду.

Для снижения этих утрат тепла, делается утепление домов в различных видах от пенопласта и вентилируемых фасадов до современных теплоизоляционных материалов в виде шпаклевки. Главной же задачей в нашей профессии является поддержание в помещении комфортных параметров микроклимата.

И в первую очередь, мы рассчитываем теплопотери для их компенсации.

Зачем делать расчет теплопотерь?

Когда же делают расчет потерь тепла в доме? Расчет теплопотерь обязателен при проектировании систем отопления, систем вентиляции, воздушных отопительных систем.

Расчетные температуры берут из нормативных документов. Значение внешней температуры воздуха отвечает температуре наружного воздуха наиболее холодной пятидневки.

Внутреннюю температуру берут или ту, которую желаете, или из норм, для жилых помещений это 20+-2°С.

Исходными данными для расчета служат: внешняя и внутренняя температура воздуха, конструкция стен, пола, перекрытий, назначение каждого помещения, географическая зона строительства. Все тепловые потери на прямую зависят от термического сопротивления ограждающих конструкций, чем оно больше, тем меньше теплопотери.

Расчёт теплопотерь частного дома с примерами

  • Для обеспечения комфортных условий пребывания людей в помещении нужно чтобы было правдивым уравнение теплового баланса 
  •            Qп+ Qо+ Qс+ Qк= Qср+ Qос+ Qпр+ Qлюд,       
  • где Qп–теплопотери через пол, Qо–теплопотери через окна, Qс–теплопотери через стену, Qк- теплопотери через крышу, Qср–теплопоступления от солнечной радиации, Qос–теплопоступления от отопительных систем, Qпр–теплопоступления от приборов, Qлюд–теплопоступления от людей.
  • На практике же, уравнение упрощается и все утраты компенсирует система отопления, независимо водяная или воздушная. 
Читайте также:  Замок для вашего замка

Расчет теплопотерь

Получив исходные данные, проектировщики начинают расчет. Рассмотрим основные виды тепловых потерь и формулы их расчета. Теплопотери бывают: через стены, через пол, через окна, через крышу, через вентиляционные шахты и дополнительные потери тепла. Термическое сопротивление для всех конструкций рассчитывается по формуле 

  1. Rст =1/ αв+Σ(δі / λі)+1/ αн,
  2. где αв – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения, Вт/ м2·оС;
    λі и δі – коэффициент теплопроводности для материала каждого слоя стены и толщина этого слоя в м;
    αн – коэффициент теплоотдачи внешней поверхности ограждения, Вт/ м2·ос;
  3. Коэффициенты α берутся из норм, и разные для стен и перекрытий.    
  4. И так, начнем:

 Первым делом рассмотрим теплопотери через стены

На них наибольшее влияние имеет конструкция стен. Рассчитываются  по формуле: Расчёт теплопотерь частного дома с примерами    Коэф. n-поправочный коэффициент. Зависит от материала конструкций, и принимается n=1 если конструкции из штучных материалов,и n=0,9 для чердака, n=0,75 для перекрытия подвала.                                                           

Пример: Рассмотрим теплопотери сквозь кирпичную стену 510 мм с утеплителем минеральной ватой 100 мм и декоративным финишным шаром 30 мм. Внутренняя температура воздуха 22ºС, наружная -20ºС. Высотой пусть будет 3 м и длиной 4 м.

В комнате одна внешняя стена, размещение на Юг, местность не ветреная, без внешних дверей. Для начала необходимо узнать коэффициенты теплопроводности этих материалов. Из размещенной выше таблицы узнаем: λк =0,58 Вт/мºС,  λут =0,064 Вт/мºС, λшт =0,76  Вт/мºС.

После этого рассчитывается термическое сопротивление ограждающей конструкции:

Rст=1/ 23 +0,51/0,58+0,1/0,064+0,03/0,76+ 1/ 8,6 = 2,64 м2 ºС/Вт.

Для нашей местности такого сопротивления недостаточно и дом нужно утеплить лучше. Но сейчас не об этом.  Расчет теплопотерь:

Q=1/R·FΔt·n·β=1/2,64·12·42·1·(10/100+1)=210Вт.

ß- это дополнительные потери тепла. Далее мы распишем их значение и станет ясно, откуда взялось число 10 и зачем делить на 100.

Далее идут тепловые потери сквозь окна

Здесь все проще. Расчет термического сопротивления не нужен, ведь в паспорте современных окон он уже указан. Теплопотери через окна рассчитываются по той же схеме, что и через стены. Для примера рассчитаем потери через энергосберегающие окна с термическим сопротивлением Rо= 0,87 (м2°С/Вт) размером 1,5*1,5 с  ориентацией на Север. Q=1/0,87·2,25·42·1·(15/100+1)=125 Вт.

К теплопотерям через перекрытия относят отвод тепла через крышные и половые перекрытия. В основном это делается для квартир, где и пол и потолок представляет собой железобетонную плиту. На последнем этаже учитываются только потери сквозь потолок, а на первом лишь через подвальное перекрытие.

Это обусловлено тем, что во всех квартирах принимается одинаковая температура воздуха, и теплоотдачу от квартиры к квартире не берут во внимание. Недавние исследования показали, что через не утепленные узлы примыкания перекрытий к ограждающим конструкциям идут большие потери тепла.

        Расчёт теплопотерь частного дома с примерамиОпределение утечки тепла через перекрытие такое же как и для стены, но не учитываются дополнительные теплопотери. Коэффициент α берется другой: α вн =8,7 Вт/(м 2·К) α вн =6 Вт/(м2·К), разница температур также, ведь в подвале или на крытом чердаке температура принимается в пределах 4-6ºС. Не будем расписывать расчет термического сопротивления для перекрытия, ведь он определяется по той же формуле Rст = 1/ αв + Σ ( δі / λі ) + 1/ α. Возьмем перекрытие с сопротивлением 4,95 и примем воздух на чердаке +4ºС, площадь потолка 3х4м, внутри 22ºС. Подставляем в формулу и получаем:Q=1/R·FΔt·n·β=1/4,95·12·18·0,9= 40 Вт.  

Расчет потерь тепла через пол на грунте

Он немного сложнее нежели через перекрытие. Теплопотери рассчитываются по зонам. Зоной называют полосу пола шириной 2 м, параллельно внешней стене. Первая зона находится непосредственно возле стены, здесь происходит больше всего потерь тепла.

За ней последуют вторая и другие зоны, до центра пола. Для каждой зоны рассчитывается свой коэффициент теплопередачи.

Для упрощения вводится понятие удельного сопротивления: для первой зоны R1=2,15 (м2°С/Вт), для второй R2=4,3 (м2°С/Вт), для третьей R3=8,6 (м2°С/Вт)

 Пример Есть комната в которой пол на грунте, размер пола 6х8 м Температуры все те же. Сначала разделим пол на зоны. У нас их получилось две. Находим площадь каждой зоны. У нас это 20 м2 для первой зоны и 8 м2 для второй.

Затем задаемся условными сопротивлениями R1=2,15 (м2°С/Вт), R2=4,3 (м2°С/Вт), подставляем в формулу:                                                 Q=(F1/R1+F2/R2+F3/R3)(tвт — tвн)·n=(20/2,15+8/4,3)·42·1= 470 Вт.

                       

Дополнительные теплопотери

Учитываются  только для стен и окон, то есть конструкций которые напрямую соприкасаются с окружающей средой. Существует четыре вида дополнительных потерь тепла: на ориентацию, на ветреность, на количество стен и наличие внешних дверей.

Выражаются они в процентах и в последствии переводятся в коэффициент дополнительных теплопотерь. Если помещение ориентированно на Север, Восток, Северо-Восток, Северо-Запад дополнительные потери тепла составляют 10%, когда на Юг, Запад, Юго-Запад, Юго-Восток, додаются 5%.

Если здание находится в ветреной местности, додаются еще 10% тепловых потерь,а когда в защищенной от ветров местности только 5%. Если в помещении есть две внешние стены, то дополнительные потери составляют 5%, когда только одна — дополнительных потерь нет.

Если в наружной стене есть дверь, можно рассчитать убыток сквозь нее, но проще добавить 60% если двери тройные, 80% когда двойные двери и 95% если они одинарные. Например: Комната имеет две внешние стены, размещенная в ветреной местности, одна стена выходит на Юг, вторая на Север, дверей нету.

Тогда дополнительные потери составляют 10%+5% на ориентацию +10% на ветер +5% так как две стены. И того 30%, чтобы добавить их к основным теплопотерям нужно перевести в коэффициент β =30% + 100% =30/100 +1 =1,3 и подставляем в общую формулу. 

Теплопотери на вентиляцию

Не учитываются, если проектируется воздушное отопление или используется вентустановка с подогревом воздуха, так как воздух в помещение поступает уже теплый, и на его нагрев не тратится тепло. Но если установка без подогрева, необходимо учесть расход тепла на нагрев входящего воздуха. Упрощенная формула выглядит так:

  • Q=0,337·V·Δt
  • где V — бьем помещения в м3,  Δt — разница внешней и наружной температур.
  • Сума всех потерь тепла и составляет общие потери помещения. 

Расчет тепловых потерь в программе Excel

Сам процесс расчета тепловых потерь дома занимает довольно много времени, поэтому для себя мы создали шаблон в Excel, с помощью которого делаем расчеты. Решили с вами поделиться и использовать его можно перейдя по ссылке. Здесь же распишем инструкцию пользования.

Шаг 1

Перейти по ссылке и открыть программный файл. Вы перед собой увидите таблицу такого вида:

Расчёт теплопотерь частного дома с примерами

Шаг 2

Нужно заполнить исходные данные: номер помещения (если вам нужно), его название и температура внутри, название ограждающих конструкций и их ориентация, размеры конструкций. Вы увидите, что площадь считается сама.

Если хотите отнимать площадь окна от стен, нужно корректировать формулы, так как мы не знаем где у вас будут записаны окна. У нас площади отнимаются. Также нужно заполнить коэффициент теплопередачи 1/R, разницу температур и поправочный коэффициент. К сожалению, их заполняют вручную.

В примере у нас кабинет с тремя внешними стенами в одной стене два окна, в другой нет окон и третья имеет одно окно. Конструкции стен будет как в примере, где мы рассчитывали R, поесть к=1/R=1/2,64=0,38.

Пол пусть будет на грунте и его поделим на зоны у нас их две и потери считаем для двух зон , тогда к1=1/2,15=0,47, к2=1/4,3=0,23. Окна пусть будут энергосберегающие Rо= 0,87 (м2°С/Вт), тогда к=1/0,87=1,14.

Расчёт теплопотерь частного дома с примерами

На картинке видно, что количество потерь тепла уже прорисовывается.

Шаг 3

К сожалению, также вручную заполняются и дополнительные потери. Вводить их нужно в процентах, программа сама в формуле переведет их на коэффициент.

И так, для нашего примера: Стены 3 значит к каждой стене +5% теплопотерь, местность не веретенная поэтому +5% к каждому окну и стене, Ориентация на Юг +5% для конструкций, на Север и Восток +10%. Дверей внешних нет поэтому 0, но если бы были то суммировались бы проценты только к той стене в которой есть дверь.

Напоминаем, что к полу или перекрытию дополнительные потери тепла не относятся.Расчёт теплопотерь частного дома с примерами

Как видно, потери помещения возросли. Если у вас заходит в помещение уже теплый воздух, этот шаг последний. Число записанное в столбце Q, и  есть ваши искомые тепловые потери помещения. И эту процедуру нужно провести для всех остальных помещений. 

Шаг 4

В нашем же случае воздух не подогревается ,и чтобы рассчитать полные потери тепла, нужно в столбик Rввести площадь нашего помещения 18 м2, а в столбец S его высоту  3 м.

Расчёт теплопотерь частного дома с примерами

Эта программа значительно ускоряет и упрощает расчеты, даже невзирая на большое количество введенных вручную элементов. Она не раз помогала нам. Надеемся и вам она станет помощником!

Заключение

 Правильный расчет теплопотерь покажет, что вы профессионал своего дела. Ведь согласитесь, расчет потерь 100 Вт/м2 слегка преувеличен, а в некоторых случаях недостаточен.

Поэтому потратьте на 15 минут больше времени и рассчитайте тепловые потери здания.

Исходя из этого вы сможете не только спроектировать более чем комфортные условия пребывания людей, но и сэкономить заказчику немалые средства на эксплуатацию систем. А опыт показывает, что к таким проектировщикам обращаются чаще.

Читайте также:  Как и чем пилить газобетон

Расчёт теплопотерь частного дома с примерами

Физика теплотехнических процессов

Различные области физики имеют много схожего в описании явлений, которые ими изучаются.

Так и в теплотехнике: принципы, описывающие термодинамические системы, наглядно перекликаются с основами электромагнетизма, гидродинамики и классической механики.

В конце концов, речь идёт об описании одного и того же мира, поэтому не удивительно, что модели физических процессов характеризуются некоторыми общими чертами во многих областях исследований.

Суть тепловых явлений понять легко. Температура тела или степень его нагрева есть не что иное, как мера интенсивности колебаний элементарных частиц, из которых это тело состоит. Очевидно, что при столкновении двух частиц та, у которой энергетический уровень выше, будет передавать энергию частице с меньшей энергией, но никогда наоборот.

Однако это не единственный путь обмена энергией, передача возможна также посредством квантов теплового излучения. При этом базовый принцип обязательно сохраняется: квант, излученный менее нагретым атомом, не в состоянии передать энергию более горячей элементарной частице.

Он попросту отражается от неё и либо пропадает бесследно, либо передаёт свою энергию другому атому с меньшей энергией.

Расчёт теплопотерь частного дома с примерами

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

Понятие сопротивления теплопередаче

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

Расчёт теплопотерь частного дома с примерами

Величиной, обратно пропорциональной тепловой проводимости, является термическое сопротивление. У каждого материала это свойство принимает уникальные значения в зависимости от структуры, формы, а также ряда прочих факторов.

Например, эффективность передачи тепла в толще материалов и в зоне их контакта с другими средами могут отличаться, особенно если между материалами есть хотя бы минимальная прослойка вещества в другом агрегатном состоянии.

Количественно термическое сопротивление выражается как разница температур, разделённая на мощность теплового потока:

Rt = (T2 – T1) / P

где:

  • Rt — термическое сопротивление участка, К/Вт;
  • T2 — температура начала участка, К;
  • T1 — температура конца участка, К;
  • P — тепловой поток, Вт.

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

Rt = l / (λ·S)

где:

  • Rt — термическое сопротивление участка цепи, К/Вт;
  • l — длина участка тепловой цепи, м;
  • λ — коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м·К);
  • S — площадь поперечного сечения участка, м2.

Факторы, влияющие на теплопотери

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

Если рассматривать произвольный материал в разрезе, достаточно легко установить путь теплового потока как на микро-, так и на макроуровне.

В качестве первой модели примем бетонную стену, в которой по технологической необходимости выполнены сквозные крепления стальными стержнями произвольного сечения.

Сталь проводит тепло несколько лучше бетона, поэтому мы можем выделить три основных тепловых потока:

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

Расчёт теплопотерь частного дома с примерами

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

В пористых средах тепловые процессы протекают похожим образом. Практически все строительные материалы состоят из разветвлённой паутины твёрдого вещества, пространство между которым заполнено воздухом.

Таким образом, основным проводником тепла служит твёрдый, плотный материал, но за счёт сложной структуры путь, по которому распространяется теплота, оказывается больше поперечного сечения.

Таким образом, второй фактор, определяющий термическое сопротивление, это неоднородность каждого слоя и ограждающей конструкции в целом.

Расчёт теплопотерь частного дома с примерами

Третьим фактором, влияющим на теплопроводность, мы можем назвать накопление влаги в порах. Вода имеет термическое сопротивление в 20–25 раз ниже, чем у воздуха, таким образом, если она наполняет поры, в целом теплопроводность материала становится даже выше, чем если бы пор вообще не было.

При замерзании воды ситуация становится ещё хуже: теплопроводность может возрасти до 80 раз. Источником влаги, как правило, служит комнатный воздух и атмосферные осадки.

Соответственно, три основных метода борьбы с таким явлением — это наружная гидроизоляция стен, использование парозащиты и расчёт влагонакопления, который обязательно производится параллельно прогнозированию теплопотерь.

Дифференцированные схемы расчёта

Простейший способ установить размер тепловых потерь здания — суммировать значения теплового потока через конструкции, которыми это здание образовано.

Такая методика полностью учитывает разницу в структуре различных материалов, а также специфику теплового потока сквозь них и в узлах примыкания одной плоскости к другой.

Такой дихотомический подход сильно упрощает задачу, ведь разные ограждающие конструкции могут существенно отличаться в устройстве систем теплозащиты. Соответственно, при раздельном исследовании определить сумму теплопотерь проще, ведь для этого предусмотрены различные способы вычислений:

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

Q = S · (ΔT / Rt)

где:

  • Q —тепловые потери, Вт;
  • S — площадь стен, м2;
  • ΔT — разница температур внутри и снаружи помещения, ° С;
  • Rt — сопротивление теплопередаче, м2·°С/Вт.

Пример расчёта

Прежде чем перейти к демонстрационному примеру, ответим на последний вопрос: как правильно рассчитать интегральное термическое сопротивление сложных многослойных конструкций? Это, конечно, можно сделать вручную, благо, что в современном строительстве используется не так много типов несущих оснований и систем утепления.

Однако учесть при этом наличие декоративной отделки, интерьерной и фасадной штукатурки, а также влияние всех переходных процессов и прочих факторов достаточно сложно, лучше воспользоваться автоматизированными вычислениями. Один из лучших сетевых ресурсов для таких задач — smartcalc.

ru, который дополнительно составляет диаграмму смещения точки росы в зависимости от климатических условий.

Расчёт теплопотерь частного дома с примерами

Для примера возьмём произвольное здание, изучив описание которого читатель сможет судить о наборе исходных данных, необходимых для расчёта. Имеется одноэтажный дом правильной прямоугольной формы размерами 8,5х10 м и высотой потолков 3,1 м, расположенный в Ленинградской области.

В доме выполнен неутеплённый пол по грунту досками на лагах с воздушным зазором, высота пола на 0,15 м превышает отметку планирования грунта на участке. Материал стен — шлаковый монолит толщиной 42 см с внутренней цементно-известковой штукатуркой толщиной до 30 мм и наружной шлаково-цементной штукатуркой типа «шуба» толщиной до 50 мм.

Общая площадь остекления — 9,5 м2, в качестве окон использован двухкамерный стеклопакет в теплосберегающем профиле с усреднённым термическим сопротивлением 0,32 м2·°С/Вт. Перекрытие выполнено на деревянных балках: снизу оштукатурено по дранке, заполнено доменным шлаком и сверху укрыто глиняной стяжкой, над перекрытием — чердак холодного типа.

Задача расчёта теплопотерь — формирование системы теплозащиты стен.

Пол

Первым делом определяются тепловые потери через пол. Поскольку их доля в общем оттоке тепла наименьшая, а также по причине большого числа переменных (плотность и тип грунта, глубина промерзания, массивность фундамента и т. д.), расчёт теплопотерь проводится по упрощённой методике с использованием приведённого сопротивления теплопередаче.

По периметру здания, начиная от линии контакта с поверхностью земли, описывается четыре зоны — опоясывающих полосы шириной по 2 метра. Для каждой из зон принимается собственное значение приведённого сопротивления теплопередаче. В нашем случае имеется три зоны площадью по 74, 26 и 1 м2.

Пусть вас не смущает общая сумма площадей зон, которая больше площади здания на 16 м2, причина тому — двойной пересчёт пересекающихся полос первой зоны в углах, где теплопотери значительно выше по сравнению с участками вдоль стен.

Применяя значения сопротивления теплопередаче в 2,1, 4,3 и 8,6 м2·°С/Вт для зон с первой по третью, мы определяем тепловой поток через каждую зону: 1,23, 0,21 и 0,05 кВт соответственно.

Стены

Используя данные о местности, а также материалы и толщину слоёв, которыми образованы стены, на упомянутом выше сервисе smartcalc.ru нужно заполнить соответствующие поля.

По результатам расчёта сопротивление теплопередаче оказывается равным 1,13 м2·°С/Вт, а тепловой поток через стену — 18,48 Вт на каждом квадратном метре.

При общей площади стен (за вычетом остекления) в 105,2 м2 общие теплопотери через стены составляют 1,95 кВт/ч. При этом потери тепла через окна составят 1,05 кВт.

Перекрытие и кровля

Расчёт теплопотерь через чердачное перекрытие также можно выполнить в онлайн-калькуляторе, выбрав нужный тип ограждающих конструкций. В результате сопротивление перекрытия теплопередаче составляет 0,66 м2·°С/Вт, а потери тепла — 31,6 Вт с квадратного метра, то есть 2,7 кВт со всей площади ограждающей конструкции.

Итого суммарные теплопотери согласно расчётам составляют 7,2 кВт·ч. При достаточно низком качестве строительных конструкций здания этот показатель очевидно сильно ниже реального. На самом деле такой расчёт идеализирован, в нём не учтены специальные коэффициенты, продуваемость, конвекционная составляющая теплообмена, потери через вентиляцию и входные двери.

В действительности, из-за некачественной установки окон, отсутствия защиты на примыкании кровли к мауэрлату и плохой гидроизоляции стен от фундамента реальные теплопотери могут быть в 2 или даже 3 раза больше расчётных.

Тем не менее, даже базовые теплотехнические исследования помогают определиться, будут ли конструкции строящегося дома соответствовать санитарным нормам хотя бы в первом приближении.

Расчёт теплопотерь частного дома с примерами

Напоследок дадим одну важную рекомендацию: если вы действительно хотите получить полное представление о тепловой физике конкретного здания, необходимо использовать понимание описанных в этом обзоре принципов и специальную литературу.

Например, очень хорошим подспорьем в этом деле может стать справочное пособие Елены Малявиной «Теплопотери здания», где весьма подробно объяснена специфика теплотехнических процессов, даны ссылки на необходимые нормативные документы, а также приведены примеры расчётов и вся необходимая справочная информация.

Читайте также:  Самые необычные землянки для жилья

рмнт.ру

05.03.18

Зачем нужен расчёт теплопотерь дома и в чём его считать

По моим наблюдениям, примерно 80% людей, когда строят себе дом, не рассчитывают тепловые потери здания, и потом либо мучаются от нехватки тепла, либо переплачивают за ненужную мощность котла и радиаторов.

Я видел, как человек с запасом купил радиаторы отопления и котёл, и переплатил за это больше 200 000 рублей.

Разумнее сначала всё посчитать, а потом покупать оборудование и делать отопление.

Зачем считать тепловые потери здания

Когда на улице мороз, то в доме становится холодно, верно? Это происходит потому, что тепло уходит на улицу через стены, окна, двери, крышу и полы. Всё это называется ограждающими конструкциями. Они ограждают внутреннее пространство от внешнего.

Расчёт теплопотерь частного дома с примерамитеплопотери частного дома

Допустим, что вам комфортно, когда температура в доме +22°C. Если температура воздуха на улице минус 30, то тепло будет стремиться на улицу.

А вот если на улице плюс 35°C, то тепло будет идти с улицы в здание. Становится жарко и вы включаете кондиционер, чтобы охладить воздух внутри комнаты.

Получается, что чем лучше ваш дом сопротивляется передаче тепла, тем меньше вы будете зимой платить за отопление, а летом за охлаждение.

Теплосопротивление

Если вам нужно взять в руки горячую кастрюлю, какие перчатки вы выберете: тканевые или стёганые ватные рукавицы? Вы выберете те перчатки, которые будут хуже пропускать тепло.

Любой дом построен из каких-то материалов. И чем лучше он сопротивляется передаче тепла, тем меньше нужно тратить энергии на его отопление или охлаждение.

Так как здание строится из разных материалов, то нужно рассчитывать теплосопротивление окон, крыши, пирога стен, дверей и т.д.

Сопротивление теплопередаче отражает теплозащитные свойства ограждающей конструкции и складывается из термических сопротивлений отдельных однородных слоёв конструкции.

Когда мы посчитаем теплосопротивление ограждающих конструкций, можно будет посчитать, какое количество тепла теряет каждая комната и после этого подобрать оборудование, которое будет компенсировать эти тепловые потери.

Факторы, влияющие на теплопотери

Тепло может перемещаться в любую сторону: вверх, вбок и вниз. Мне регулярно встречаются люди, которые уверены, что тепло идёт только вверх.

Но их утверждение я легко опровергаю простым опытом: предлагаю им взять обычную канцелярскую скрепку, разогнуть её и держать её кончик в пальцах вертикально.

Расчёт теплопотерь частного дома с примераминагреваю скрепку зажигалкой

Если нагревать другой конец скрепки, то она почти мгновенно вся нагреется и тепло начнёт обжигать пальцы. Как такое может происходить, если тепло идёт вверх?

Так и в доме тепло уходит через пол, стены, окна и крышу.

Инфильтрация

В помещениях находятся люди и они дышат. При расчётах это нужно учитывать. Наверняка вы можете вспомнить случай, когда вы находились в помещении с большим количеством людей и там было душно и жарко.

Почему нужно считать теплопотери

Для меня парадокс, но 90% монтажников отопления не могут посчитать тепловые потери. То есть, эти люди зарабатывают на том, что изготавливают системы, которые компенсируют потери тепла, но при этом не умеют их считать.

В большинстве случаев руководствуются какими-то средними значениями, которые могут не иметь ничего общего с действительностью.

Пример отсутствия расчетов

Давайте приведу пример: в комнату нужно подобрать радиатор отопления. В большинстве случаев тепловые потери считают из расчёта 100 Вт на квадратный метр. У вас 20 метров комната? Значит, вам нужен радиатор отопления, мощностью 2 000 Вт.

Но эта комната может находиться в середине хорошо утеплённого дома и не иметь окон, потери тепла у этой комнаты могут быть всего 200 Вт. Ставя радиатор, мощностью 2 000 Вт заказчик просто переплатит за ненужную ему мощность. В итоге радиатор есть, но он отключён, так как и без него тепло.

Я видел дом, где заказчику поставили 12 радиаторов отопления + сделали водяные теплые полы. Из-за того, что не делали теплотехнический расчет мощность отопительных приборов оказалась избыточная. Работают только теплые полы, а радиаторы вообще никогда не включаются.

Получается, что заказчик купил 12 ненужных ему радиаторов отопления, термоголовки к ним, распределительный коллектор, трубу и фитинги. Еще и монтажникам за эту работу заплатил. По сути, он выкинул 200+ тысяч на ветер.

Стоимость теплотехнического расчёта у меня в среднем около 30 рублей за м². Точная стоимость расчёта зависит от конструктива вашего здания и площади. Чем больше площадь здания и меньше в нём комнат — тем дешевле цена за м².

Недостаток мощности

Либо, наоборот, поставили радиаторы недостаточной мощности, которые физически не могут компенсировать ту тепловую мощность, которую теряет здание. Например, дом плохо утеплён, 2 стены в комнате граничат с улицей. Мощности радиатора может просто не хватать для этой комнаты и в ней всегда будет холодно.

Поэтому монтажники часто говорят, что мощности тёплого пола не хватит для отопления и нужно ещё поставить радиаторы отопления. На самом деле, в большинстве случаев, они просто перестраховываются, плюс зарабатывают дополнительные деньги за установку радиаторов.

Разумно ли утеплять дом

Приведу пример: есть 2 одинаковых жилых дома из газобетона, но один дополнительно утеплён 50 мм пенополистиролом. Утепление 50 мм пенополистиролом стоит 120 000 рублей. У первого общие потери 15 кВт, у второго 6 кВт.

Всё зависит от исходных данных вашего участка. Если у вас есть сетевой газ, то в первом доме человек будет переплачивать за газ по сравнению со вторым, 6 рублей в час. 150 рублей в сутки. 4 500 рублей в месяц или 13 500 рублей в год.

Утепление этого здания в среднем окупится за 9 лет.

Отопление электричеством

Если сетевого газа нет и отапливаться будет электричеством, то переплата будет 45 рублей в час или 30 000 рублей в месяц. Очевидно, что при таких условиях утепление окупится за один-два сезона.

Если эти дома будут отапливаться дровами, то первый тоже выгоднее будет утеплить.

Незабываем свой труд учесть. Каждый видит разницу: 2 КАМАЗа дров нарубить, перетаскать и сжечь за сезон или один.

Потери моего дома 6 кВт. Есть сетевой газ. Если я дополнительно потрачу 100 000 рублей на утепление, то это окупиться примерно никогда. Даже если газ станет стоить в 2 раза дороже.

Как сделать расчёт теплопотерь дома

Методов расчёта очень много. Я в разное время считал по-разному: в excel, в онлайн-калькуляторах и специализированных программах.

Общая методика расчета теплопотерь ограждающих конструкций такова: считается теплосопротивление каждого материала, затем всё складывается. Например, у каркасного дома конструкция стены состоит из 16 мм древесной плиты, 150 мм теплоизоляции, 12 мм гипсокартона. Теплосопротивление каждого материала подсчитывается и складывается.

Формула термического сопротивления сложной системы

Общая формула:

  • где:
  • — тепловое сопротивление на участке тепловой цепи, K/Вт; — температура начала участка, K; — температура конца участка, K; P — тепловой поток, протекающий через участок цепи, Вт.
  • Тепловое сопротивление участка цепи постоянного сечения:

где:

S — площадь поперечного сечения участка, м².

Термическое сопротивление сложной системы:

Расчет теплопотерь

Расчет теплопотерь

Расшифровка расчетов по формулам с примерами расчета. Будет видео и расчет в Excel.

В этой статье я в деталях расскажу, как сделать расчет теплопотерь дома для жилого здания по государственным стандартам в России. Учтите, что здание должно быть утеплено согласно СП 50.13330.2012 (бывший СНиП 23-02-2003 ТЕПЛОВАЯ ЗАЩИТА ЗДАНИЙ).

  • Найдем максимальные теплопотери здания для того, чтобы подобрать котел необходимой мощности.
  • Найдем теплопотери отдельного помещения.
  • Рассмотрим для примера место проживания: Свердловская область, город Екатеринбург.
  • Теплопотери дома:
1. Ограждения: Стены, пол, крыша, окна.
2. Вентиляция = инфильтрация.
3. Другие тепловые притоки, которые учитываются в редких случаях: Например, оборудование, которое выделяет тепло, человек выделяет своим телом около 100 Вт в час и другое.
  1. Пример таблицы в Excel: Скачать файл Excel!
  2. Подробнее о видеокурсе: Видеокурс: Расчет теплопотерь дома
  3. Наружная температура воздуха
  4. Расчетную температуру наружного воздуха следует принимать по средней температуре наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 согласно СНиП 23-01.

Показатель обеспеченности 0,92 означает коэффициент вероятности. То есть указанная температура в СНиП 23-01 рассчитана до 92%, а остальные 8% означают экстремальные температуры, которые не стоит брать в расчет.

В природе существуют экстремально низкие температуры воздуха, которые происходят редко(раз в 100 лет), поэтому не следует рассчитывать теплопотери здания на экстремально низкие температуры, это приведет к удорожанию материалов на утепление здания и экономический показатель будет снижен.

Попросту деньги, потраченные на утепляющий материал будут долго себя окупать.

Значения в СНиП 23-01 были вычислены наиболее холодные температуры в году, в период с 1925 по 1980 года, и за расчет берется только обеспеченность в 92%. Подробный расчет об этом написан в справочном пособии Е. Г. Малявина Теплопотери здания в пункте 1.2.

Поскольку по статистике в России стены массивные (кирпичные, бетонные и тому подобное) они имеют большую тепловую инерцию. В следствии этого, температура в помещении остывает не быстро. И было принято решение, что наиболее холодную температуру правильнее находить среднюю за 5 суток.

Если у Вас легкие стены типа (дерева или просто ваты или пенопласта покрытой жестким ребром дерева), то выбирать нужно расчетную наружную наиболее холодную температуру в сутках. То есть Температуру воздуха наиболее холодных суток.

Температура наиболее холодной пятидневки находится в СНиП 23-01-99 Строительная климатология

Свежие данные по температурам находятся в СП 131.13330.2018

Если Вы хотите найти ваш город на карте и узнать температуру, то воспользуйтесь картой тут: map.teploov.ru

Расчёт теплопотерь частного дома с примерами

Выбираем из таблицы -35 градусов Цельсия

Температура воздуха в помещении

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector