Тепловтрати різних типів будинків. Тепловтрати будинку – куди реально йде тепло. Обчислюємо тепловтрати будинку
Розрахунок тепловтрат будинку - основа опалювальної системи. Він потрібний, як мінімум, щоб правильно підібрати котел. Також можна прикинути, скільки грошей йтиме на опалення в запланованому будинку, провести аналіз фінансової ефективності утеплення. зрозуміти чи окупляться витрати на монтаж утеплення економією палива за термін служби утеплювача. Дуже часто підбираючи потужність опалювальної системи приміщення, люди керуються середнім значенням 100 Вт на 1 м 2 площі при стандартної висотістель до трьох метрів. Однак, не завжди ця потужність є достатньою для повного поповнення тепловтрат. Будинки розрізняються за складом будівельних матеріалів, їх обсягом, знаходженням у різних кліматичних зонахі т.д. Для грамотного розрахунку теплоізоляції та підбору потужності опалювальних системнеобхідно знати про реальні тепловтрати будинку. Як їх розрахувати – розповімо у цій статті.
Основні параметри для розрахунку тепловтрат
Тепловтрати будь-якого приміщення залежать від трьох базових параметрів:
- об'єм приміщення – нас цікавить об'єм повітря, яке необхідно опалити
- різницю температури всередині та зовні приміщення – чим більша різниця тим швидше відбувається теплообмін і повітря втрачає тепло
- теплопровідність огороджувальних конструкцій – здатність стін, вікон утримувати тепло
Найпростіший розрахунок тепловтрат
Qт (кВт/год) = (100 Вт/м2 x S (м2) x K1 x K2 x K3 x K4 x K5 x K6 x K7)/1000
Дана формула розрахунку тепловтрат за укрупненими показниками, в основі яких лежать усереднені умови 100 Вт на 1 кв. Де основними розрахунковими показниками для розрахунку системи опалення є такі величини:
Qт- теплова потужність передбачуваного обігрівача на відпрацьованому маслі, кВт/год.
100 Вт/м2- Питома величина теплових втрат (65-80 Вт/м2). У неї входять витікання теплової енергії шляхом її поглинання вікнами, стінами, стелею підлогою; витоку через вентиляцію та негерметичність приміщення та інші витоки.
S- площа приміщення;
K1- Коефіцієнт тепловтрат вікон:
- звичайне скління К1 = 1,27
- подвійний склопакетК1 = 1,0
- потрійний склопакет К1 = 0,85;
К2- Коефіцієнт тепловтрат стін:
- погана теплоізоляція К2 = 1,27
- стіна в 2 цеглини або утеплювач 150 мм завтовшки К2=1,0
- гарна теплоізоляціяК2 = 0,854
К3коефіцієнт співвідношення площ вікон та підлоги:
- 10% К3 = 0,8
- 20% К3 = 0,9
- 30% К3 = 1,0
- 40% К3 = 1,1
- 50% К3 = 1,2;
K4- Коефіцієнт зовнішньої температури:
- -10oC K4 = 0,7
- -15oC K4 = 0,9
- -20oC K4 = 1,1
- -25oC K4 = 1,3
- -35oC K4=1,5;
K5- Число стін, що виходять назовні:
- одна - К5 = 1,1
- дві К5 = 1,2
- три К5 = 1,3
- чотири К5 = 1,4;
К6- тип приміщення, що знаходиться над розрахунком:
- холодне горищеК6 = 1,0
- тепле горищеК6 = 0,9
- опалювальне приміщення К6-0,8;
K7- Висота приміщення:
- 2,5 м К7 = 1,0
- 3,0 м К7 = 1,05
- 3,5 м К7 = 1,1
- 4,0 м К7 = 1,15
- 4,5 м К7 = 1,2.
Спрощений розрахунок тепловтрат вдома
Qт = (V x ∆t x k)/860; (кВт)
V- Об'єм приміщення (куб.м)
∆t- дельта температур (вуличної та в приміщенні)
k- Коефіцієнт розсіювання
- k = 3,0-4,0 без теплоізоляції. (Спрощена дерев'яна конструкціяабо конструкція із гофрованого металевого листа).
- k = 2,0-2,9 – невелика теплоізоляція. (Спрощена конструкція будівлі, одинарна цегляна кладка, спрощена конструкція вікон та даху).
- k = 1,0-1,9 – середня теплоізоляція. ( Стандартна конструкція, подвійна цегляна кладка, невелика кількість вікон, дах зі стандартною покрівлею).
- k = 0,6-0,9 – висока теплоізоляція. (Покращена конструкція, цегляні стіни з подвійною теплоізоляцією, невелика кількість вікон зі здвоєними рамами, товста основа підлоги, дах із високоякісного теплоізоляційного матеріалу).
У цій формулі дуже умовно враховуються коефіцієнт розсіювання і невідомо яким коефіцієнтами користуватися. У класиці рідкісне сучасне, виконане з сучасних матеріалівз урахуванням діючих стандартів, приміщення має огороджувальні конструкції з коефіцієнтом розсіювання більше одного. Для детальнішого розуміння методики розрахунку пропонуємо такі точніші методики.
Відразу акцентую вашу увагу на те, що огороджувальні конструкції в основному не є однорідними за структурою, а зазвичай складаються з декількох шарів. Приклад: стіна з черепашника = штукатурка + черепашник + зовнішня обробка. До цієї конструкції можуть входити і замкнуті повітряні прошарки (приклад: порожнини всередині цегли або блоків). Вищеперелічені матеріали мають відрізняються один від одного теплотехнічні характеристики. Основною такою характеристикою шару конструкції є його опір теплопередачі R.
q– це кількість тепла, що втрачає квадратний метрогороджувальної поверхні (вимірюється зазвичай у Вт/м.кв.)
ΔT- різниця між температурою всередині приміщення, що розраховується, і зовнішньою температурою повітря (температура найбільш холодної п'ятиденки °C для кліматичного району в якому знаходиться будівля, що розраховується).
В основному внутрішня температура у приміщеннях приймається:
- Житлові приміщення 22С
- Нежитлові 18С
- Зони водних процедур 33С
Коли мова йде про багатошарової конструкції, то опори шарів конструкції складаються. Окремо хочу акцентувати вашу увагу на розрахунковому коефіцієнті теплопровідності матеріалу шару Вт/(м°С). Оскільки виробники матеріалів найчастіше вказують його. Маючи розрахунковий коефіцієнт теплопровідності матеріалу шару конструкції, ми легко можемо отримати опір теплопередачі шару:
δ - Товщина шару, м;
λ - Розрахунковий коефіцієнт теплопровідності матеріалу шару конструкції, з урахуванням умов експлуатації огороджувальних конструкцій, Вт/(м2 оС).
Отже, для розрахунку теплових втрат через огороджувальні конструкції нам потрібні:
1. Опір теплопередачі конструкцій (якщо конструкція багатошарова то Σ R шарів)R
2. Різниця між температурою в розрахунковому приміщенні та на вулиці (температура найхолоднішої п'ятиденки °C.). ΔT
3. Площі огорож F (Особливо стіни, вікна, двері, стеля, підлога)
4. Орієнтація будівлі по відношенню до сторін світла.
Формула для розрахунку тепловтрат огородженням виглядає так:
Qогр=(ΔT / Rогр)* Fогр * n *(1+∑b)
Qогр- тепло втрати через огороджувальні конструкції, Вт
Рогр- Опір теплопередачі, м.кв. ° C / Вт; (Якщо кілька шарів то ∑ Rогр шарів)
Fогр- Площа огороджувальної конструкції, м;
n- Коефіцієнт зіткнення огороджувальної конструкції із зовнішнім повітрям.
|
Тип огороджувальної конструкції |
Коефіцієнт n |
|
1. Зовнішні стіни і покриття (у тому числі вентильовані зовнішнім повітрям), горищні перекриття (з покрівлею з штучних матеріалів) та над проїздами; перекриття над холодними (без огороджувальних стінок) підпіллями у Північній будівельно-кліматичній зоні |
|
|
2. Перекриття над холодними підвалами, що сполучаються із зовнішнім повітрям; перекриття горищні (з покрівлею з рулонних матеріалів); перекриття над холодними (з огороджувальними стінками) підпіллями та холодними поверхами у Північній будівельно-кліматичній зоні |
|
|
3. Перекриття над підвалами, що не опалюються, зі світловими отворами в стінах. |
|
|
4. Перекриття над підвалами, що не опалюються, без світлових прорізів у стінах, розташовані вище рівня землі |
|
|
5. Перекриття над технічними підпіллями, що не опалюються, розташованими нижче рівня землі |
(1+∑b) – додаткові втрати теплоти у частках від основних втрат. Додаткові втрати теплоти через огороджувальні конструкції слід приймати в частках від основних втрат:
а) у приміщеннях будь-якого призначення через зовнішні вертикальні та похилі (вертикальна проекція) стіни, двері та вікна, звернені на північ, схід, північний схід та північний захід - у розмірі 0,1, на південний схід та захід - у розмірі 0,05; у кутових приміщеннях додатково - по 0,05 на кожну стіну, двері та вікно, якщо одна з огорож звернена на північ, схід, північний схід та північний захід та 0,1 - в інших випадках;
б) у приміщеннях, що розробляються для типового проектування, через стіни, двері та вікна, звернені на будь-яку зі сторін світла, у розмірі 0,08 при одній зовнішній стіні та 0,13 для кутових приміщень(крім житлових), а у всіх житлових приміщеннях – 0,13;
в) через підлоги першого поверху, що не обігріваються, над холодними підпіллями будівель у місцевостях з розрахунковою температурою зовнішнього повітря мінус 40 °С і нижче (параметри Б) - у розмірі 0,05,
г) через зовнішні двері, не обладнані повітряними або повітряно-тепловими завісами, при висоті будівель Н, м, від середньої планувальної позначки землі до верху карниза, центру витяжних отворів ліхтаря або гирла шахти у розмірі: 0,2 Н - для потрійних дверей двома тамбурами між ними; 0,27 H - для подвійних дверейз тамбурами між ними; 0,34 H – для подвійних дверей без тамбуру; 0,22 H – для одинарних дверей;
д) через зовнішні ворота, не обладнані повітряними та повітряно-тепловими завісами, - у розмірі 3 за відсутності тамбуру та у розмірі 1 - за наявності тамбура біля воріт.
Для літніх та запасних зовнішніх дверей та воріт додаткові втрати теплоти за підпунктами "г" і "д" не слід враховувати.
Окремо візьмемо такий елемент як підлогу на ґрунті чи на лагах. Тут є особливості. Підлога або стіна, що не містять у своєму складі шарів, що утеплюють, з матеріалів з коефіцієнтом теплопровідності λ менше або дорівнює 1,2 Вт/(м °С), називаються не утепленими. Опір теплопередачі такої статі прийнято позначати Rн.п, (м2 оС)/Вт. Для кожної зони не утепленої підлоги передбачено нормативні значення опору теплопередачі:
- зона I – RI = 2,1 (м2 оС)/Вт;
- зона II – RII = 4,3 (м2 оС)/Вт;
- зона III – RIII = 8,6 (м2 оС)/Вт;
- зона IV – RIV = 14,2 (м2 оС)/Вт;
Перші три зони є смуги, розташовані паралельно периметру зовнішніх стін. Решту площі відносять до четвертої зони. Ширина кожної зони дорівнює 2 м. Початок першої зони знаходиться у місці примикання підлоги до зовнішньої стіни. Якщо неутеплена підлога примикає до стіни заглибленої в ґрунт, то початок переноситься до верхньої межі заглиблення стіни. Якщо в конструкції підлоги, розташованої на грунті, є шари, що утеплюють, його називають утепленим, а його опір теплопередачі Rу.п, (м2 оС) / Вт, визначається за формулою:
Rу.п. = Rн.п. + Σ (γу.с. / λу.с)
Rн.п- опір теплопередачі аналізованої зони неутепленої підлоги, (м2 оС)/Вт;
γу.с- Товщина утеплюючого шару, м;
λу.с- Коефіцієнт теплопровідності матеріалу утеплюючого шару, Вт/(м·°С).
Для підлоги на лагах опір теплопередачі Rл, (м2оС)/Вт, розраховується за формулою:
Rл = 1,18 * Rу.п
Тепловтрати кожної огороджувальної конструкції вважаються окремо. Величина тепловтрат через огороджувальні конструкції всього приміщення буде сума тепловтрат через кожну конструкцію приміщення, що захищає. Важливо не наплутати у вимірах. Якщо замість (Вт) з'явиться (кВт) або взагалі (ккал), отримаєте невірний результат. Ще неуважно можна вказати Кельвіни (K) замість градусів Цельсія (°C).
Просунутий розрахунок тепловтрат будинку
Опалення в цивільних і житлових будівлях тепловтрати приміщень складаються з втрат через різні огороджувальні конструкції, такі як вікна, стіни, перекриття, підлоги а також тепловитрат на нагрівання повітря, яке інфільтрується крізь нещільності в захисних спорудах (конструкціях, що захищають) даного приміщення. У промислових будинках існують інші види тепловтрат. Розрахунок тепловтрат приміщення проводиться для всіх конструкцій, що огороджують всіх опалюваних приміщень. Можуть не враховуватись тепловтрати через внутрішні конструкції, при різниці температури в них із температурою сусідніх приміщень до 3С. Тепловтрати через огороджувальні конструкції розраховуються за такою формулою, Вт:
Qогр = F (tвн - tнБ) (1 + Σ β) n / Rо
tнБ- Темпера зовнішнього повітря, оС;
tвн– темп-ра у приміщенні, оС;
F- Площа захисної споруди, м2;
n- Коефіцієнт, який враховує положення огорожі або захисної споруди (її зовнішньої поверхні) щодо зовнішнього повітря;
β
- тепловтрати додаткові, частки від основних;
Ro– опір теплопередачі, м2·оС/Вт, що визначається за такою формулою:
Rо = 1/ αв + Σ (δі / λі) + 1/ αн + Rв.п., де
αв - коефіцієнт теплосприйняття огородження (його внутрішньої поверхні), Вт/м2 · про С;
λі та δі – розрахунковий коефіцієнт теплопровідності для матеріалу даного шару конструкції та товщина цього шару;
αн - коефіцієнт тепловіддачі огородження (його зовнішньої поверхні), Вт / м2 · про С;
Rв.n – у разі наявності у конструкції замкнутої повітряного прошарку, її термоопір, м2 · про С/Вт (див. табл.2).
Коеф-ти αн і αв приймаються згідно СНиП а деяких випадків наведені у таблиці 1;
δі – зазвичай призначається згідно з завданням або визначається за кресленнями конструкцій, що захищають;
λі – приймається за довідниками.
Таблиця 1. Коефіцієнти теплосприйняття αв та тепловіддачі αн
|
Поверхня огороджувальної конструкції |
αв, Вт/м2 · про С |
αн, Вт/м2· про С |
|
Поверхня внутрішня підлог, стін, гладких стель |
||
|
Поверхня зовнішня стін, безгорищних перекриттів |
||
|
Перекриття горищні та перекриття над підвалами неопалювальними зі світловими отворами |
||
|
Перекриття над підвалами неопалювальними без світлових прорізів |
Таблиця 2. Опір термічний замкнутих повітряних прошарків Rв.n, м2 · про С/Вт
|
Товщина прошарку повітряного, мм |
Горизонтальний та вертикальний прошарки при тепловому потоці знизу вгору |
Прошарок горизонтальний при тепловому потоці зверху вниз |
||
|
При температурі в просторі повітряного прошарку |
||||
Для дверей та вікон опір теплопередачі розраховується дуже рідко, а частіше приймається залежно від їх конструкції за довідковими даними та БНіП. Площі огорож для розрахунків визначаються, як правило, відповідно до будівельних креслень. Температуру tвн для житлових будівельвибирають із додатку і, tнБ – із додатка 2 СНиП залежно від розташування будівельного об'єкта. Додаткові тепловтрати вказані в табл.3, коефіцієнт n - в табл.4.
Таблиця 3. Додаткові тепловтрати
|
Огородження, його тип |
Умови |
Додаткові тепловтрати β |
|
Вікна, двері та зовнішні вертикальні стіни: |
орієнтація на північний захід схід, північ і північний схід |
|
|
захід та південний схід |
||
|
Зовнішні двері, двері з тамбурами 0,2 Н без повітряної завісипри висоті будови Н, м |
двері потрійні з двома тамбурами |
|
|
двері подвійні з тамбуром |
||
|
Кутові приміщення додатково для вікон, дверей та стін |
одна з огорож орієнтована на схід, північ, північний захід або північний схід |
|
|
інші випадки |
Таблиця 4. Розмір коефіцієнта n, який враховує положення огорожі (його зовнішньої поверхні)
Витрата тепла на нагрівання зовнішнього повітря, що інфільтрується, в громадських і житлових будинках для всіх типів приміщень визначається двома розрахунками. Перший розрахунок визначає витрату теплової енергії Qі на нагрівання зовнішнього повітря, яке надходить у і-е приміщення в результаті дії природної витяжної вентиляції. Другий розрахунок визначає витрату теплової енергії Qі на підігрів зовнішнього повітря, яке проникає в дане приміщення крізь нещільності огорож у результаті вітрового та (або) теплового тиску. Для розрахунку приймають найбільшу величину тепловтрат з певних рівнянь (1) і (або) (2).
Qі = 0,28 L ρн з (tвн - tнБ) (1)
L, м3/годс – витрата повітря, що видаляється назовні, для житлових будівель приймають 3 м3/год на 1 м2 площі житлових приміщень, у тому числі і кухні;
з- Питома теплоємність повітря (1 кДж / (кг · оС));
ρн- Щільність повітря зовні приміщення, кг/м3.
Питома вагаповітря γ, Н/м3, його густина ρ, кг/м3, визначаються згідно з формулами:
γ = 3463 / (273 + t), ρ = γ / g, де g = 9,81 м / с2, t, ° с - температура повітря.
Витрата теплоти на підігрів повітря, що потрапляє в приміщення через різні нещільності захисних споруд (огорож) внаслідок вітрового та теплового тисків, визначається згідно з формулою:
Qі = 0,28 Gі з (tвн - tнБ) k, (2)
де k - Коеф-ент, що враховує сніданковий тепловий потік, для роздільно-палітурних балконних дверей і вікон приймається 0,8, для одинарних і парно-палітурних вікон - 1,0;
Gі – витрата повітря, що проникає (що інфільтрується) через захисні споруди (захистувальні конструкції), кг/год.
Для балконних дверей та вікон значення Gі визначається:
Gі = 0,216 Σ F Δ Рі 0,67 / Rі, кг/год
де Δ Рі – різниця тисків повітря на внутрішній Рвн та зовнішній Рн поверхнях дверей або вікон, Па;
Σ F, м2 – розрахункові площі всіх огорож будівлі;
Rі, м2· ч/кг – опір повітропроникненню цієї огорожі, яка може прийматися згідно з додатком 3 СНиП. У панельних будинках, крім цього визначається додаткова витрата повітря, що інфільтрується через нещільність стиків панелей.
Розмір Δ Рі визначається з рівняння, Па:
Δ Рі = (H - hі) (γн - γвн) + 0,5 ρн V2 (се,n - се,р) k1 - ріnt,
де H, м - висота будівлі від нульового рівнядо гирла вентшахти (у безгорищних будинках гирло зазвичай розташовується на 1 м вище даху, а в будинках, що мають горище - на 4-5м вище перекриття горища);
hі, м – висота від нульового рівня до верху балконних дверей чи вікон, для яких проводиться розрахунок витрати повітря;
γн, γвн – ваги питомі зовнішнього та внутрішнього повітря;
се, рu се, n – аеродинамічні коеф-ти для підвітряної та навітряної поверхонь будівлі відповідно. Для прямокутних будівель се,р= -0,6, се, n = 0,8;
V, м/с – швидкість вітру, яку для розрахунку приймають згідно з додатком 2;
k1 – коефіцієнт, який враховує залежність швидкісного натиску вітру та висоти будівлі;
ріnt, Па – умовно-постійний тиск повітря, що виникає при роботі вентиляції з примусовим спонуканням, при розрахунку житлових будівель ріnt можна не враховувати, оскільки воно дорівнює нулю.
Для огорож висотою до 5,0 м коефіцієнт k1 дорівнює 0,5, висотою до 10 м дорівнює 0,65, при висоті до 20 м - 0,85, а для огорож 20 м і вище приймається 1,1.
Загальні розрахункові тепловтратиу приміщенні, Вт:
Qрасч = Σ Qогр + Quнф - Q побут
де Σ Qогр – сумарні втрати тепла через усі захисні огородження приміщення;
Qінф – максимальна витрата теплоти на нагрівання повітря, що інфільтрується прийнятий з розрахунків згідно з формулами (2) u (1);
Qпобут – всі тепловиділення від побутових електричних приладів, освітлення, інших можливих джерел тепла, які приймаються для кухонь та житлових приміщень у розмірі 21 Вт на 1 м2 розрахункової площі.
Владивосток -24.
Володимир-28.
Волгоград -25.
Вологда-31.
Вороніж -26.
Єкатеринбург -35.
Іркутськ -37.
Казань-32.
Калінінград -18
Краснодар-19.
Красноярськ -40.
Москва -28.
Мурманськ -27.
Нижній Новгород -30.
Новгород -27.
Новоросійськ -13.
Новосибірськ -39.
Омськ -37.
Оренбург-31.
Орел -26.
Пенза-29.
Пермь -35.
Псков -26.
Ростов -22.
Рязань -27.
Самара-30.
Санкт-Петербург -26.
Смоленськ -26.
Твер -29.
Тула-27.
Тюмень-37.
Ульяновськ -31.
Вибір теплоізоляції, варіантів утеплення стін, перекриттів та інших конструкцій, що захищають, для більшості замовників-забудовників завдання складне. Занадто багато суперечливих проблем потрібно вирішити одночасно. Ця сторінка допоможе Вам у цьому розібратися.
В даний час теплозбереження енергоресурсів набуло великого значення. Відповідно до СНиП 23-02-2003 «Тепловий захист будівель», опір теплопередачі визначається за одним із двох альтернативних підходів:
приписуючий ( нормативні вимогипред'являються до окремим елементамтеплозахисту будівлі: зовнішнім стінам, підлогам над просторами, що не опалюється, покриттям і горищним перекриттям, вікнам, вхідним дверям і т.п.)
споживчому (опір теплопередачі огорожі може бути знижено по відношенню до рівня, що приписує, за умови, що проектна питома витрата теплової енергії на опалення будівлі нижче нормативної).
Санітарно-гігієнічні вимоги мають виконуватися завжди.
До них відносяться
Вимога, щоб перепад між температурами внутрішнього повітря і поверхні огороджувальних конструкцій не перевищували допустимих значень. Максимальні допустимі значенняперепаду для зовнішньої стіни 4°С, для покриття та горищного перекриття 3°С та для перекриття над підвалами та підпіллями 2°С.
Вимога, щоб температура на внутрішній поверхні огородження була вище температури точки роси.
Для Москви та її області необхідний теплотехнічний опір стіни споживчого підходу становить 1,97 °С·м. кв./Вт, а за підписом:
для будинку постійного проживання 3,13 °С·м. кв./Вт,
для адміністративних та інших громадських будівель у т.ч. будівель сезонного проживання 2,55 ° С·м. кв./Вт.
Таблиця товщин і термічних опір матеріалів для умов Москви та її області.
|
Найменування матеріалу стіни |
Товщина стіни та відповідний їй термічний опір |
Необхідна товщина за споживчим підходом (R = 1,97 ° С · м. кв. / Вт) і за підписом (R = 3,13 ° С · м. кв. / Вт) |
|
Повнотіла суцільна глиняна цегла (щільність 1600 кг/м. куб) |
510 мм (кладка у дві цеглини), R=0,73 °С·м. кв./Вт |
1380 мм 2190 мм |
|
Керамзитобетон (щільність 1200 кг/м. куб.) |
300 мм, R=0,58 °С·м. кв./Вт |
1025 мм 1630 мм |
|
Дерев'яний брус |
150 мм, R=0,83 °С·м. кв./Вт |
355 мм 565 мм |
|
Дерев'яний щит із заповненням мінеральною ватою(Товщини внутрішньої та зовнішньої обшивки з дощок по 25 мм) |
150 мм, R=1,84 °С·м. кв./Вт |
160 мм 235 мм |
Таблиця необхідних опорів теплопередачі конструкцій, що огороджують, в будинках Московської області.
|
Зовнішня стіна |
Вікно, балконні двері |
Покриття та перекриття |
Перекриття горищне і перекриття над підвалами, що не опалюються. |
Вхідні двері |
|
За підписом, що наказує |
||||
|
За споживчим підходом |
||||
З цих таблиць видно, що більшість заміського житла в Підмосков'ї не задовольняють вимогам теплозбереження, при цьому навіть споживчий підхід не дотримується в багатьох будівлях, що будуються.
Тому, підбираючи котел або обігрівальні прилади тільки за вказаними в їхній документації здатності обігріти певну площу, Ви стверджуєте, що Ваш будинок побудований зі строгим обліком вимог СНіП 23-02-2003.
З вищевикладеного матеріалу випливає висновок. Для правильного виборупотужності котла та обігрівальних приладів необхідно розрахувати реальні тепловтрати приміщень Вашого будинку.
Нижче ми покажемо нескладну методику розрахунку тепловтрат Вашого будинку.
Будинок втрачає тепло через стіну, дах, сильні викиди тепла йдуть через вікна, в землю теж йде тепло, суттєві втрати тепла можуть припадати на вентиляцію.
Теплові втрати в основному залежать від:
різниці температур у будинку та на вулиці (чим різниця більше, тим втрати вищі),
теплозахисних властивостей стін, вікон, перекриттів, покриттів (або, як кажуть огороджувальних конструкцій).
Огороджувальні конструкції пручаються витіканням тепла, тому їх теплозахисні властивості оцінюють величиною, яка називається опором теплопередачі.
Опір теплопередачі показує, скільки тепла піде через квадратний метр огороджувальної конструкції при заданому перепаді температур. Можна сказати і навпаки, який перепад температур виникне при проходженні певної кількості тепла через метр квадратний огорож.
де q – це кількість тепла, що втрачає квадратний метр огороджувальної поверхні. Його вимірюють у ВАТ на квадратний метр (Вт/м. кв.); ΔT – це різниця між температурою на вулиці та в кімнаті (°С) і R – це опір теплопередачі (°С/ Вт/м. кв. або °С·м. кв./ Вт).
Коли йдеться про багатошарову конструкцію, то опір шарів просто складаються. Наприклад, опір стіни з дерева, обкладеного цеглою, є сумою трьох опорів: цегляної та дерев'яної стінкита повітряного прошарку між ними:
R (сум.) = R (дерев.) + R (воз.) + R (кирп.).
Розподіл температури та прикордонні шари повітря під час передачі тепла через стіну
Розрахунок на тепловтрати проводять для найнесприятливішого періоду, яким є найморозніший і вітряний тиждень на рік.
У будівельних довідникахЯк правило, вказують тепловий опір матеріалів, виходячи з цієї умови і кліматичного району (або зовнішньої температури), де знаходиться Ваш будинок.
Таблиця – Опір теплопередачі різних матеріалівпри T = 50 °С (Т нар. = -30 ° С, Т внутр. = 20 ° С.)
|
Матеріал та товщина стіни |
Опір теплопередачіR m , |
|
Цегляна стіна товщиною в 3 цеглини (79 см) товщиною в 2,5 цегли (67 см) товщиною в 2 цеглини (54 см) товщиною в 1 цеглу (25 см) |
0,592 0,502 0,405 0,187 |
|
Зруб з колод Ø 25 Ø 20 |
|
|
Зруб із бруса товщиною 20 см товщиною 10 см |
|
|
Каркасна стіна (дошка + мінвата + дошка) 20 см |
|
|
Стіна з пінобетону 20 см 30 см |
|
|
Штукатурка з цегли, бетону, пінобетону (2-3 см) |
|
|
Стельове (горищне) перекриття |
|
|
Дерев'яна підлога |
|
|
Подвійні дерев'яні двері |
Таблиця – Теплові втрати вікон різної конструкції за ΔT = 50 °С (Т нар. = -30 ° С, Т внутр. = 20 ° С.)
ПриміткаПарні цифри в умовному позначеннісклопакета означають повітряний зазор мм; Символ Ar означає, що проміжок заповнений не повітрям, а аргоном; Літера До означає, що зовнішнє скло має спеціальне прозоре теплозахисне покриття. |
Як видно із попередньої таблиці, сучасні склопакети дозволяють зменшити тепловтрати вікна майже вдвічі. Наприклад, для десяти вікон розміром 1,0 м х 1,6 м економія досягне кіловата, що на місяць дає 720 кіловат-годин.
Для правильного вибору матеріалів і товщин конструкцій, що захищають, застосуємо ці відомості до конкретного прикладу.
У розрахунку теплових втрат на кв. метр беруть участь дві величини:
перепад температур ΔT,
опору теплопередачі R.
Температуру в приміщенні визначимо 20 °С, а зовнішню температуру приймемо рівною -30 °С. Тоді перепад температур ΔT дорівнюватиме 50 °С. Стіни виконані з бруса завтовшки 20 см, тоді R= 0,806 °С·м. кв./Вт.
Теплові втрати становитимуть 50/0,806 = 62 (Вт/м. кв.).
Для спрощення розрахунків тепловтрат у будівельних довідниках наводять тепловтрати різного виду стін, перекриттів і т.д. для певних значень зимової температури повітря. Зокрема, даються різні цифри для кутових приміщень (там впливає завихрення повітря, що набрякає будинок) та некутових, а також враховується різна теплова картина для приміщень першого та верхнього поверху.
Таблиця - Питомі тепловтрати елементів огорожі будівлі (на 1 кв.м. внутрішньому контурустін) залежно від середньої температури найхолоднішого тижня на рік.
ПриміткаЯкщо за стіною знаходиться зовнішнє неопалювальне приміщення (сіни, засклена верандаі т. д.), то втрати тепла через неї становлять 70% від розрахункових, а якщо за цим неопалюваним приміщеннямне вулиця, а ще одне приміщення назовні (наприклад, сіни, що виходять на веранду), то 40% від розрахункового значення. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Таблиця – Питомі тепловтрати елементів огорожі будівлі (на 1 кв.м. за внутрішнім контуром) залежно від середньої температури найхолоднішого тижня на рік.
|
Характеристика огорожі |
Зовнішня температура, °С |
Тепловтрати, кВт |
|
Вікно з подвійним склінням |
||
|
Суцільні дерев'яні двері (подвійні) |
||
|
Горищне перекриття |
||
|
Дерев'яна підлога над підвалом |
Розглянемо приклад розрахунку теплових втрат двох різних кімнатоднієї площі з допомогою таблиць.
приклад 1.
Кутова кімната (перший поверх)
Характеристики кімнати:
поверх перший,
площа кімнати – 16 кв. (5х3,2),
висота стелі – 2,75 м,
зовнішніх стін – дві,
матеріал і товщина зовнішніх стін – брус товщиною 18 см, обшитий гіпсокартоном та обклеєний шпалерами,
вікна – два (висота 1,6 м, ширина 1,0 м) з подвійним склінням,
підлога – дерев'яні утеплені, знизу підвал,
вище горищне перекриття,
розрахункова зовнішня температура -30 ° С,
потрібна температура в кімнаті +20 °С.
Площа зовнішніх стін за вирахуванням вікон:
S стін (5+3,2) х2, 7-2х1, 0х1, 6 = 18,94 кв. м.
Площа вікон:
S вікон = 2х1, 0х1, 6 = 3,2 кв. м.
Площа підлоги:
S підлоги = 5х3,2 = 16 кв. м.
Площа стелі:
S стелі = 5х3,2 = 16 кв. м.
Площа внутрішніх перегородоку розрахунку не бере участі, тому що через них тепло не йде - адже по обидва боки перегородки температура однакова. Теж відноситься і до внутрішніх дверей.
Тепер обчислимо тепловтрати кожної з поверхонь:
Q сумарні = 3094 Вт.
Зауважимо, що через стіни йде тепла більше ніж через вікна, підлогу та стелю.
Результат розрахунку показує тепловтрати кімнати в морозні (Т нар. = -30 ° С) дні року. Звичайно, чим тепліше на вулиці, тим менше піде з кімнати тепла.
Приклад 2
Кімната під дахом (мансарда)
Характеристики кімнати:
поверх верхній
площа 16 кв. (3,8 х4, 2),
висота стелі 2,4 м,
зовнішні стіни; два скати даху (шифер, суцільна решетування, 10 см мінвати, вагонка), фронтони (брус товщиною 10 см, обшитий вагонкою) та бічні перегородки (каркасна стіна з керамзитовим заповненням 10 см),
вікна - чотири (по два на кожному фронтоні), висотою 1,6 м і шириною 1,0 м з подвійним склінням,
розрахункова зовнішня температура -30 ° С,
необхідна температура у кімнаті +20°С.
Розрахуємо площі тепловіддаючих поверхонь.
Площа торцевих зовнішніх стін за вирахуванням вікон:
S торц.стін = 2х (2,4 х3, 8-0,9 х0, 6-2х1, 6х0, 8) = 12 кв. м.
Площа схилів даху, що обмежують кімнату:
S скатів.стін = 2х1, 0х4, 2 = 8,4 кв. м.
Площа бічних перегородок:
S бок.перегор = 2х1, 5х4, 2 = 12,6 кв. м.
Площа вікон:
S вікон = 4х1, 6х1, 0 = 6,4 кв. м.
Площа стелі:
S стелі = 2,6 х4, 2 = 10,92 кв. м.
Тепер розрахуємо теплові втрати цих поверхонь, при цьому врахуємо, що через підлогу тепло не йде (там тепле приміщення). Тепловтрати для стін та стелі ми вважаємо як для кутових приміщень, а для стелі та бічних перегородок вводимо 70-відсотковий коефіцієнт, так як за ними розташовуються неопалювані приміщення.
Сумарні тепловтрати кімнати становитимуть:
Q сумарні = 4504 Вт.
Як бачимо, тепла кімнатапершого поверху втрачає (або споживає) значно менше теплачим мансардна кімнатаз тонкими стінками та великою площеюскління.
Щоб таке приміщення зробити придатним для зимового проживання, потрібно насамперед утеплювати стіни, бічні перегородки та вікна.
Будь-яка конструкція, що захищає, може бути представлена у вигляді багатошарової стіни, кожен шар якої має свій тепловий опір і свій опір проходженню повітря. Склавши тепловий опір всіх шарів, отримаємо тепловий опір усієї стіни. Також підсумовуючи опір проходженню повітря всіх шарів, зрозуміємо, як дихає стіна. Ідеальна стінаіз бруса має бути еквівалентна стіні із бруса товщиною 15 – 20 см. Наведена нижче таблиця допоможе в цьому.
Таблиця – Опір теплопередачі та проходженню повітря різних матеріалів ΔT=40 °С (Т нар. = -20 ° С, Т внутр. = 20 ° С.)
|
Шар стіни |
Товщина шару стіни (см) |
Опір теплопередачі шару стіни |
Опір. повітропроникності еквівалентно брусовій стіні завтовшки (см) |
|
|
Еквівалент цегляної кладки завтовшки (см) |
||||
|
Цегляна кладка із звичайної глиняної цегли товщиною: 12 см 25 см 50 см 75 см |
0,15 0,3 0,65 1,0 |
|||
|
Кладка з керамзитобетонних блоків товщиною 39 см із щільністю: 1000 кг/куб м 1400 кг/куб м 1800 кг/куб м |
||||
|
Піно-газобетон товщиною 30 см щільністю: 300 кг/куб м 500 кг/куб м 800 кг/куб м |
||||
|
Брусував стіна завтовшки (сосна) 10 см 15 см 20 см |
||||
Для об'єктивної картини тепловтрат всього будинку необхідно врахувати
Втрати тепла через контакт фундаменту з мерзлим ґрунтомзазвичай приймають 15% втрат тепла через стіни першого поверху (з урахуванням складності розрахунку).
Втрати тепла пов'язані з вентиляцією. Ці втрати розраховуються з урахуванням будівельних норм(СНіП). Для житлового будинку потрібно близько одного повітрообміну на годину, тобто за цей час необхідно подати той же обсяг свіжого повітря. Таким чином, втрати пов'язані з вентиляцією, становлять трохи менше суми тепловтрат припадають на огороджувальні конструкції. Виходить, що втрати тепла через стіни та скління становить лише 40%, а втрати тепла на вентиляцію 50%. У європейських нормах вентиляції та утеплення стін співвідношення теплових втрат становлять 30% і 60%.
Якщо стіна «дихає», як стіна з бруса або колоди завтовшки 15 – 20 см, відбувається повернення тепла. Це дозволяє зменшити теплові втрати на 30%, тому отриману при розрахунку величину теплового опору стіни слід помножити на 1,3 (або відповідно зменшити тепловтрати).
Підсумовувавши всі тепловтрати будинку, Ви визначите, якою потужністю є генератор тепла (котел) і опалювальні приладинеобхідні для комфортного обігріву будинку в найхолодніші та вітряні дні. Також, подібні розрахунки покажуть, де «слабка ланка» і як його виключити за допомогою додаткової ізоляції.
Розрахувати витрати тепла можна і за укрупненими показниками. Так, в одно- та двоповерхових не сильно утеплених будинках при зовнішній температурі -25 ° С потрібно 213 Вт на один квадратний метр загальної площі, а при -30 ° С - 230 Вт. Для добре утеплених будинків – це: за –25 °С – 173 Вт на кв.м. загальної площі, а за –30 °С – 177 Вт.
Вартість теплоізоляції щодо вартості всього будинку суттєво мала, проте при експлуатації будівлі основні витрати припадають саме на опалення. На теплоізоляції в жодному разі не можна економити, особливо при комфортному проживанні на великих площах. Ціни на енергоносії у всьому світі постійно підвищуються.
Сучасні будівельні матеріали мають більш високий термічний опір, ніж матеріали традиційні. Це дозволяє робити стіни тоншими, а значить, дешевшими і легшими. Все це добре, але у тонких стінменше теплоємність, тобто вони гірше запасають тепло. Топити доводиться постійно - стіни швидко нагріваються і швидко остигають. У старих будинках з товстими стінами жарким літнім днем прохолодно, стіни, що охолонули за ніч, «накопичили холод».
Утеплення необхідно розглядати разом із повітропроникністю стін. Якщо збільшення теплового опорустін пов'язано зі значним зменшенням повітропроникності, то не слід застосовувати. Ідеальна стіна по повітропроникності еквівалентна стіні із бруса товщиною 15...20 см.
Дуже часто неправильне застосування пароізоляції призводить до погіршення санітарно-гігієнічних властивостей житла. При правильно організованій вентиляції та «дихаючих» стінах вона зайва, а при погано повітропроникних стінах це непотрібно. Основне її призначення - це запобігання інфільтрації стін та захист утеплення від вітру.
Утеплення стін зовні значно ефективніше внутрішнього утеплення.
Не слід нескінченно утеплювати стіни. Ефективність такого підходу до енергозбереження – не висока.
Вентиляція – основні резерви енергозбереження.
Застосувавши сучасні системискління (склопакети, теплозахисне скло тощо), низькотемпературні системи, що обігрівають, ефективну теплоізоляцію огороджувальних конструкцій, можна скоротити витрати на опалення в 3 рази.
Варіанти додаткового утепленняконструкцій будівель на базі будівельної теплоізоляції типу «ISOVER», за наявності в приміщеннях систем повітрообміну та вентиляції.
Утеплення черепичної покрівлііз застосуванням теплоізоляції ISOVER
|
Утеплення стіни з легких бетонних блоків |
Утеплення цегляної стіни з зазором, що вентилюється. |
Утеплення зроблених з колод стіни |
||
|
|
|
|
Перший крок в організації опалення приватного будинку – розрахунок тепловтрат. Мета цього розрахунку - з'ясувати, скільки тепла йде назовні крізь стіни, підлоги, покрівлю та вікна (загальна назва - що захищають конструкції) при найсуворіших морозах у цій місцевості. Знаючи, як розрахувати тепловтрати за правилами, можна отримати досить точний результат і розпочати підбір джерела тепла за потужністю.
Базові формули
Щоб отримати більш-менш точний результат, необхідно виконувати обчислення за всіма правилами, спрощена методика (100 Вт теплоти на 1 м 2 площі) тут не підійде. Загальні втрати теплоти будівлею в холодну пору року складаються з 2 частин:
- тепловтрат через огороджувальні конструкції;
- втрат енергії, що йде на нагрівання вентиляційного повітря.
Базова формула для підрахунку витрати теплової енергії через зовнішні огорожі виглядає так:
Q = 1/R х (t в - t н) х S х (1 + ∑β). Тут:
- Q - кількість тепла, що втрачається конструкцією одного типу, Вт;
- R - термічний опір матеріалу конструкції, м? С / Вт;
- S - площа зовнішнього огородження, м ²;
- t - температура внутрішнього повітря, ° С;
- t н - найбільш низька температура довкілля, °З;
- β - додаткові тепловтрати, що залежать від орієнтації будівлі.
Термічний опір стін або покрівлі будівлі визначається виходячи з властивостей матеріалу, з якого вони виготовлені, та товщини конструкції. Для цього використовується формула R = δ/λ, де:
- λ - довідкове значення теплопровідності матеріалу стіни, Вт/(м°С);
- δ - товщина шару з цього матеріалу, м.
Якщо стіна зведена з 2 матеріалів (наприклад, цегла з утеплювачем з мінвати), термічний опір розраховується для кожного з них, а результати підсумовуються. Вулична температуравибирається як за нормативними документами, так і за особистими спостереженнями, внутрішня – за потребою. Додаткові тепловтрати - це коефіцієнти, визначені нормами:
- Коли стіна чи частина покрівлі повернута північ, північний схід чи північний захід, то β = 0,1.
- Якщо конструкція перетворена на південний схід або захід, β = 0,05.
- β = 0, коли зовнішня огорожа виходить на південну або південно-західну сторону.
Порядок виконання обчислень
Щоб врахувати все тепло, що йде з дому, необхідно зробити розрахунок тепловтрат приміщення, причому кожного окремо. Для цього проводяться виміри всіх огорож, що є сусідами з навколишнім середовищем: стін, вікон, даху, підлоги та дверей.
Важливий момент: обміри слід виконувати на зовнішній стороні, захоплюючи кути будови, інакше розрахунок тепловтрат будинку дасть занижену витрату тепла.
Вікна та двері вимірюються по отвору, який вони заповнюють.
За результатами вимірів розраховується площа кожної конструкції та підставляється у першу формулу (S, м²). Туди ж вставляється значення R, отримане поділом товщини огородження коефіцієнт теплопровідності будівельного матеріалу. У випадку з новими вікнами з металопластику, величину R вам підкаже представник фірми-установника.
Як приклад варто провести розрахунок тепловтрат через стіни, що огороджують, з цегли товщиною 25 см, площею 5 м² при температурі навколишнього середовища -25°С. Передбачається, що всередині температура становитиме +20°С, а площина конструкції звернена на північ (β = 0,1). Спочатку потрібно взяти з довідкової літератури коефіцієнт теплопровідності цегли (λ), він дорівнює 0,44 Вт/(м°С). Потім за другою формулою обчислюється опір передачі тепла цегляної стіни 0,25 м:
R = 0,25 / 0.44 = 0,57 м ² ° С / Вт
Щоб визначити тепловтрати приміщення з цією стінкою, всі вихідні дані слід підставити в першу формулу:
Q = 1 / 0,57 х (20 - (-25)) х 5 х (1 + 0,1) = 434 Вт = 4.3 кВт
Якщо в кімнаті є вікно, то після обчислення його площі слід так само визначити тепловтрати крізь світлопрозорий отвір. Такі ж дії повторюються щодо підлог, покрівлі та вхідних дверей. Наприкінці всі результати підсумовуються, після чого можна переходити до наступного приміщення.
Облік тепла на підігрів повітря
Виконуючи розрахунок тепловтрат будівлі, важливо врахувати кількість теплової енергії, що витрачається системою опалення на підігрів вентиляційного повітря. Частка цієї енергії досягає 30% від загальних втрат, тож ігнорувати її неприпустимо. Розрахувати вентиляційні тепловтрати будинку можна через теплоємність повітря за допомогою популярної формули з курсу фізики:
Q пов = cm (t в - t н). У ній:
- Q пов.- тепло, що витрачається системою опалення на прогрів припливного повітря, Вт;
- t в і t н - те, що в першій формулі, ° С;
- m - масова витрата повітря, що потрапляє в будинок зовні, кг;
- с - теплоємність повітряної суміші, що дорівнює 0.28 Вт / (кг ° С).
Тут усі величини відомі, крім масової витрати повітря за вентиляції приміщень. Щоб не ускладнювати собі завдання, варто погодитись із умовою, що повітряне середовище оновлюється у всьому будинку 1 раз на годину. Тоді об'ємну витрату повітря неважко порахувати шляхом складання об'ємів усіх приміщень, а потім потрібно перевести його в масовий через щільність. Оскільки щільність повітряної суміші змінюється в залежності від його температури, потрібно взяти потрібне значення з таблиці:
m = 500 х 1,422 = 711 кг/год
Підігрів такої маси повітря на 45°С вимагатиме такої кількості теплоти:
Q пов. = 0.28 х 711 х 45 = 8957 Вт, що приблизно дорівнює 9 кВт.
Після розрахунків результати теплових втрат крізь зовнішні огородження підсумовуються з вентиляційними тепловтратами, що дає загальну. теплове навантаженняна систему опалення будівлі.
Подані методики обчислень можна спростити, якщо формули ввести в програму Excelяк таблиць з даними, це значно прискорить проведення розрахунку.
На сьогоднішній день теплозбереженняє важливим параметром, що враховується при спорудженні житлового або офісного приміщення. Відповідно до СНиП 23-02-2003 « Тепловий захистбудівель», опір тепловіддачі розраховується за одним із двох альтернативних підходів:
- Приписнику;
- Споживчому.
Для розрахунку систем опалення будинку, ви можете скористатися калькулятором розрахунку опалення, тепловтрат будинку.
Наказовий підхід- це норми, що пред'являються до окремих елементів теплозахисту будівлі: зовнішніх стін, підлог над просторами, що не опалюються, покриттям і горищним перекриттям, вікнам, вхідним дверямі т.д.
Споживчий підхід(опір теплопередачі може бути знижений стосовно приписуючого рівня за умови, що проектна питома витрата теплової енергії на опалення приміщення нижче за нормативне).
Санітарно-гігієнічні вимоги:
- Перепад між температурами повітря всередині приміщення та зовні не повинен перевищувати певних допустимих значень. Максимальні допустимі значення перепаду температур зовнішньої стіни 4°С. для покриття та горищного перекриття 3°С та для перекриття над підвалами та підпіллями 2°С.
- Температура на внутрішній поверхні огорожі повинна бути вищою за температуру точки роси.
Наприклад: для Москви та московської області необхідний теплотехнічний опір стіни за споживчим підходом становить 1.97 °С· м 2 /Вт, а за підписом:
- для будинку постійного проживання 3.13 ° С · м 2 / Вт.
- для адміністративних та інших громадських будівель, у тому числі споруд сезонного проживання 2.55 °С · м 2 / Вт.
Тому, вибираючи котел або інші нагрівальні прилади виключно за вказаними в них технічної документаціїпараметрів. Ви повинні запитати у себе, чи збудовано ваш будинок зі строгим урахуванням вимог СНиП 23-02-2003.
Отже, для правильного вибору потужності опалювального котла або нагрівальних приладівнеобхідно розрахувати реальні тепловтрати вашого будинку. Як правило, житловий будинок втрачає тепло через стіни, дах, вікна, землю, так само суттєві втрати тепла можуть припадати на вентиляцію.
Тепловтрати в основному залежать від:
- різниці температур у будинку та на вулиці (чим вища різниця, тим вища втрата).
- теплозахисних характеристик стін, вікон, перекриттів, покриттів.
Стіни, вікна, перекриття мають певний опір витокам тепла, теплозахисні властивості матеріалів оцінюють величиною, яка називається опором теплопередачі.
Опір теплопередачіпокаже, скільки тепла просочиться через квадратний метр конструкції при заданому перепаді температур. Можна сформулювати це питання інакше: який перепад температур виникатиме при проходженні певної кількості тепла через квадратний метр огорож.
R = T/q.
- q – це кількість тепла, яка йде через квадратний метр поверхні стіни або вікна. Цю кількість тепла вимірюють у ватах на квадратний метр (Вт/м2);
- ΔT - це різниця між температурою на вулиці та в кімнаті (°С);
- R - це опір теплопередачі (°С/Вт/м2 або °С·м2/Вт).
У випадках, коли йдеться про багатошарову конструкцію, то опір шарів просто підсумовується. Наприклад, опір стіни з дерева, яка обкладена цеглою, є сумою трьох опорів: цегляної та дерев'яної стінки та повітряного прошарку між ними:
R(сум.) = R(дерев.) + R(воз.) + R(кирп.)
Розподіл температури та прикордонні шари повітря під час передачі тепла через стіну.
Розрахунок тепловтратвиконується для найхолоднішого періоду року періоду, яким є найморозніший і вітряний тиждень на рік. У будівельній літературі часто вказують тепловий опір матеріалів виходячи з даної умовиі кліматичного району (або зовнішньої температури), де знаходиться ваш будинок.
Таблиця опору теплопередачі різних матеріалів
при ΔT = 50 ° С (Т нар. = -30 ° С. Т внутр. = 20 ° С.)
|
Матеріал та товщина стіни |
Опір теплопередачі R m.
|
|
Цегляна стіна |
0.592 |
|
Зруб з колоди Ø 25 |
0.550 |
|
Зруб із бруса Товщ. 20 сантиметрів |
0.806 |
|
Каркасна стіна (дошка + |
|
|
Стіна з пінобетону 20 сантиметрів |
0.476 |
|
Штукатурка з цегли, бетону. |
|
|
Стельове (горищне) перекриття |
|
|
Подвійні дерев'яні двері |
Таблиця теплових втрат вікон різних конструкційпри ΔT = 50 ° С (Т нар. = -30 ° С. Т внутр. = 20 ° С.)
|
Примітка
. Пора цифри в умовному позначенні склопакета вказують на повітряний
зазор у міліметрах;
. Літери Ar означають, що проміжок заповнений не повітрям, а аргоном;
. Літера К означає, що зовнішнє скло має спеціальне прозоре.
теплозахисне покриття.
Як видно з вищезгаданої таблиці, сучасні склопакети дають можливість скоротити тепловтративікна майже вдвічі. Наприклад, для 10 вікон розміром 1.0 м х 1.6 м економія може досягати за місяць до 720 кіловат-годин.
Для правильного вибору матеріалів та товщини стін застосуємо ці відомості до конкретного прикладу.
У розрахунку теплових втрат на один м 2 беруть участь дві величини:
- перепад температур ΔT.
- опору теплопередачі R.
Допустимо температура в приміщенні становитиме 20 °С. а зовнішня температура дорівнює -30 °С. У такому разі перепад температур ΔT дорівнюватиме 50 °С. Стіни виготовлені з бруса товщиною 20 сантиметрів, тоді R = 0.806 ° С · м 2 / Вт.
Теплові втрати становитимуть 50/0.806 = 62 (Вт/м2).
Для спрощення розрахунків тепловтрат у будівельних довідниках вказують тепловтрати різного видустін, перекриттів та ін. для певних значень зимової температури повітря. Як правило, наводяться різні цифри для кутових приміщень(там впливає завихрення повітря, що набрякає будинок) та некутових, а також враховується різниця у температурі для приміщень першого та верхнього поверху.
Таблиця питомих тепловтрат елементів огорожі будівлі (на 1 м 2 за внутрішнім контуром стін) залежно від середньої температури найхолоднішого тижня на рік.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Примітка.У разі коли за стіною знаходиться зовнішнє неопалюване приміщення (сіни, засклена веранда тощо), то втрати тепла через неї становитимуть 70% від розрахункових, а якщо за цим неопалюваним приміщенням знаходиться ще одне зовнішнє приміщення, то втрати тепла становитимуть 40 % від розрахункового значення.
Таблиця питомих тепловтрат елементів огорожі будівлі (на 1 м 2 за внутрішнім контуром) залежно від середньої температури найхолоднішого тижня на рік.
приклад 1.
Кутова кімната(1 поверх)
Характеристики кімнати:
- 1 поверх.
- площа кімнати – 16 м 2 (5х3.2).
- висота стелі – 2.75 м.
- зовнішніх стін – дві.
- матеріал і товщина зовнішніх стін - брус завтовшки 18 сантиметрів обшитий гіпсокартоном і обклеєний шпалерами.
- вікна – два (висота 1.6 м. ширина 1.0 м) з подвійним склінням.
- підлога - дерев'яні утеплені. знизу підвал.
- вище горищне перекриття.
- розрахункова зовнішня температура –30 °С.
- потрібна температура в кімнаті +20 °С.
- Площа зовнішніх стін за вирахуванням вікон: S стін (5+3.2)х2.7-2х1.0х1.6 = 18.94 м2.
- Площа вікон: S вікон = 2х1.0х1.6 = 3.2 м2
- Площа підлоги: S підлоги = 5х3.2 = 16 м 2
- Площа стелі: S стелі = 5х3.2 = 16 м 2
Площа внутрішніх перегородок у розрахунку не бере участі, оскільки з обох боків перегородки температура однакова, отже через перегородки тепло не йде.
Тепер Виконаємо розрахунок тепловтрати кожної з поверхонь:
- Q стінок = 18.94х89 = 1686 Вт.
- Q вікон = 3.2 х135 = 432 Вт.
- Q підлоги = 16х26 = 416 Вт.
- Q стелі = 16х35 = 560 Вт.
Сумарні тепловтрати кімнати будуть: Q сумарні = 3094 Вт.
Слід враховувати, що через стіни випаровується тепла куди більше ніж через вікна, підлогу та стелю.
Приклад 2
Кімната під дахом (мансарда)
Характеристики кімнати:
- поверх верхній.
- площа 16 м2 (3.8х4.2).
- висота стелі 2.4м.
- зовнішні стіни; два скати даху (шифер, суцільна обрешітка. 10 саніметрів мінвати, вагонка). фронтони (брус завтовшки 10 сантиметрів обшитий вагонкою) та бічні перегородки (каркасна стіна з керамзитовим заповненням 10 саніметрів).
- вікна - 4 (по два на кожному фронтоні), висотою 1.6 м та шириною 1.0 м з подвійним склінням.
- розрахункова зовнішня температура –30°С.
- необхідна температура у кімнаті +20°С.
- Площа торцевих зовнішніх стін за вирахуванням вікон: S торц.стін = 2х (2.4х3.8-0.9х0.6-2х1.6х0.8) = 12 м 2
- Площа схилів даху, що обмежують кімнату: S скатів.стін = 2х1.0х4.2 = 8.4 м 2
- Площа бічних перегородок: S бок.перегор = 2х1.5х4.2 = 12.6 м 2
- Площа вікон: S вікон = 4х1.6х1.0 = 6.4 м2
- Площа стелі: S стелі = 2.6х4.2 = 10.92 м 2
Далі розрахуємо теплові втрати цих поверхонь, при цьому необхідно врахувати, що через підлогу в даному випадку тепло не йтиме, тому що внизу розташовано тепле приміщення. Тепловтрати для стінрозраховуємо як для кутових приміщень, а для стелі та бічних перегородок вводимо 70-відсотковий коефіцієнт, оскільки за ними розташовуються приміщення, що не опалюються.
- Q торц.стін = 12х89 = 1068 Вт.
- Q скатів.стін = 8.4х142 = 1193 Вт.
- Q бок.перегор = 12.6х126х0.7 = 1111 Вт.
- Q вікон = 6.4 х135 = 864 Вт.
- Q стелі = 10.92х35х0.7 = 268 Вт.
Сумарні тепловтрати кімнати становитимуть: Q сумарні = 4504 Вт.
Як бачимо, тепла кімната 1 поверху втрачає (чи споживає) значно менше тепла, ніж мансардна кімната з тонкими стінками і великою площею скління.
Щоб це приміщення зробити придатним для зимового проживання, необхідно насамперед утеплювати стіни, бічні перегородки та вікна.
Будь-яка огороджувальна поверхня може бути представлена у вигляді багатошарової стіникожен шар якої має власний тепловий опір і власний опір проходженню повітря. Підсумовуючи тепловий опір всіх шарів, ми отримаємо тепловий опір усієї стіни. Також їли підсумувати опір проходженню повітря всіх шарів, можна зрозуміти, як дихає стіна. Сама найкраща стінаіз бруса має бути еквівалентна стіні із бруса товщиною 15 - 20 антиметрів. Наведена далі таблиця допоможе цьому.
Таблиця опору теплопередачі та проходження повітря різних матеріалів ΔT = 40 ° С (Т нар. = -20 ° С. Т внутр. = 20 ° С.)
|
|
Товщина |
Опір |
Опір. |
|
|
Еквівалент |
||||
|
Цегляна кладказі звичайного 12 сантиметрів |
12 |
0.15 |
12 |
6 |
|
Кладка з керамзитобетонних блоків 1000 кг/м3 |
1.0 |
75 |
17 |
|
|
Піно-газобетон товщиною 30 см 300 кг/м3 |
2.5 |
190 |
7 |
|
|
Брусував стіна завтовшки (сосна) 10 сантиметрів |
10 |
0.6 |
45 |
10 |
Для повної картини тепловтрат всього приміщення потрібно враховувати
- Втрати тепла через контакт фундаменту з мерзлим ґрунтом, як правило, приймають 15% від втрат тепла через стіни першого поверху (з урахуванням складності розрахунку).
- Втрати тепла, пов'язані з вентиляцією. Дані втрати розраховуються з урахуванням будівельних норм (СНіП). Для житлового будинку потрібно близько одного повітрообміну за годину, тобто за цей час необхідно подати той самий обсяг свіжого повітря. Таким чином, втрати пов'язані з вентиляцією будуть становити трохи менше ніж сума тепловтрат припадають на огороджувальні конструкції. Виходить, що втрати втрати через стіни і скління становить лише 40%, а тепловтрати на вентиляцію 50%. У європейських нормах вентиляції та утеплення стін, співвідношення тепловтрат становлять 30% та 60%.
- Якщо стіна «дихає», як стіна з бруса або колоди товщиною 15 – 20 сантиметрів, то відбувається повернення тепла. Це дає змогу знизити теплові втрати на 30%. тому отриману під час розрахунку величину теплового опору стіни необхідно помножити на 1.3 (або відповідно зменшити тепловтрати).
Підсумовуючи всі тепловтрати будинку, Ви зможете зрозуміти якої потужності котел і опалювальні прилади необхідні для комфортного обігріву будинку в холодні та вітряні дні. Також, подібні розрахунки покажуть, де слабка ланкаі як його виключити за допомогою додаткової ізоляції.
Здійснити розрахунок витрати тепла можна і за укрупненими показниками. Так, в 1-2 поверхових не дуже утеплених будинках при зовнішньої температури-25 ° С необхідно 213 Вт на 1 м 2 загальної площі, а при -30 ° С - 230 Вт. Для добре утеплених будинків цей показник становитиме: при -25 °С - 173 Вт на м 2 загальної площі, а при -30 °С - 177 Вт.
Розрахунок опалення приватного будинку можна зробити самостійно, провівши деякі виміри та підставивши свої значення у потрібні формули. Розкажемо, як це робиться.
Обчислюємо тепловтрати будинку
Від розрахунку тепловтрат будинку залежить кілька критичних параметрів системи опалення і в першу чергу - потужність котла.
Послідовність розрахунку наступна:
Обчислюємо та записуємо в стовпчик площу вікон, дверей, зовнішніх стін, підлоги, перекриття кожної кімнати. Навпроти кожного значення записуємо коефіцієнт , з яких побудовано наш будинок.
Якщо ви не знайшли потрібний матеріалв , подивіться в розширеній версії таблиці, яка так і називається - коефіцієнти теплопровідності матеріалів (скоро на нашому сайті). Далі, за наведеною нижче формулою обчислюємо втрати тепла кожного елемента конструкції нашого будинку.
Q = S * ΔT / R,де Q- Втрати тепла, Вт
S- Площа конструкції, м2
Δ T— різниця температур усередині та зовні приміщення для найхолодніших днів °C
R- значення теплоопору конструкції, м2 · ° C / Вт
R шару = V/λде V- Товщина шару в м,
λ - Коефіцієнт теплопровідності (див. таблицю за матеріалами).
Підсумовуємо теплоопір всіх шарів. Тобто. для стін враховується і штукатурка та матеріал стін та зовнішнє утеплення (якщо є).
Складаємо все Qдля вікон, дверей, зовнішніх стін, підлоги, перекриття
До отриманої суми додаємо 10-40% вентиляційних втрат. Їх теж можна обчислити за формулою, але за гарних вікнахта помірному провітрюванні, сміливо можна ставити 10%.
Результат ділимо на загальну площу будинку. Саме загальну, т.к. побічно тепло витрачатиметься і на коридори, де немає радіаторів. Обчислена величина питомих тепловтрат може коливатися не більше 50-150 Вт/м2. Найвищі втрати тепла біля кімнат верхніх поверхів, найнижчі середні.
Після закінчення монтажних робіт, проведіть стіни, стелі та інші елементи конструкції, щоб переконатися, що ніде немає витоків тепла.
Нижче наведена таблиця допоможе точніше визначитися з показниками матеріалів.
Визначаємось із температурним режимом
Цей етап безпосередньо пов'язаний із вибором котла та способом опалення приміщень. Якщо передбачається встановлення «теплої підлоги», можливо, краще рішення- конденсаційний котел і низько температурний режим 55С на подачі та 45С в «зворотку». Такий режим забезпечує максимальний ккд котла і, відповідно, найкращу економію газу. У майбутньому, за бажання використовувати високотехнологічні способи обігріву, сонячні колектори) не доведеться переробляти систему опалення під нове обладнання, т.к. воно розраховане саме на низькотемпературні режими. Додаткові плюси- Не пересушується повітря в приміщенні, інтенсивність потоків нижче, менше збирається пилу.
У разі вибору традиційного котла, температурний режим краще вибрати максимально наближеним до європейських норм 75С – на виході з котла, 65С – зворотне подання, 20С – температура приміщення. Такий режим передбачений у налаштуваннях багатьох імпортних котлів. Крім вибору котла, температурний режим впливає розрахунок потужності радіаторів.
Підбір потужності радіаторів
Для розрахунку радіаторів опалення будинку матеріал виробу не відіграє ролі. Це справа смаку хазяїна будинку. Важлива лише вказана у паспорті виробу потужність радіатора. Часто виробники вказують завищені показники, тому результат обчислень округлятимемо у більшу сторону. Розрахунок проводиться для кожної кімнати окремо. Дещо спрощуючи розрахунки для приміщення зі стелями 2,7 м, наведемо просту формулу:
Де До- потрібна кількість секцій радіатора
S- площа кімнати
P- Потужність, вказана в паспорті виробу
Приклад обчислення: Для кімнати площею 30 м2 та потужності однієї секції 180 Вт отримуємо: K= 30 х 100/180
K=16,67 округлено 17 секцій
Той самий розрахунок можна застосувати для чавунних батарей, приймаючи що
1 ребро(60 см) = 1 секція.
Гідравлічний розрахунок системи опалення
Сенс цього розрахунку – правильно вибрати діаметр труб та характеристики. Через складність розрахункових формул для приватного будинку простіше вибрати параметри труб по таблиці.
Тут наведено сумарну потужність радіаторів, для яких труба подає тепло.
| Діаметр труби | мін. потужність радіатора квт | Макс. потужність радіатора квт |
| Металопластикова труба 16 мм | 2,8 | 4,5 |
| Металопластикова труба 20 мм | 5 | 8 |
| Металопластикова труба 25 мм | 8 | 13 |
| Металопластикова труба 32 мм | 13 | 21 |
| Поліпропіленова труба 20 мм | 4 | 7 |
| Поліпропіленова труба 25 мм | 6 | 11 |
| Поліпропіленова труба 32 мм | 10 | 18 |
| Поліпропіленова труба 40 мм | 16 | 28 |
Обчислюємо об'єм системи опалення
Ця величина необхідна для вибору правильного обсягу розширювального бака. Обчислюється як сума обсягу в радіаторах, трубопроводах та котлі. Довідкова інформаціяза радіаторами та трубопроводами наведено нижче, по котлу – зазначено у його паспорті.
Об'єм теплоносія в радіаторі:
- алюмінієва секція – 0,450 літра
- біметалічна секція - 0,250 літра
- нова чавунна секція – 1,000 літр
- стара чавунна секція – 1,700 літра
Об'єм теплоносія в 1 п.м. труби:
- ø15 (G ½») – 0,177 літра
- ø20 (G ¾») - 0,310 літра
- ø25 (G 1,0″) – 0,490 літра
- ø32 (G 1¼») – 0,800 літра
- ø15 (G 1½») - 1,250 літра
- ø15 (G 2,0″) – 1,960 літра
Монтаж системи опалення приватного будинку
Виконується трубами з різних матеріалів:
Сталеві
- Мають велику вагу.
- Вимагають належної навички, спеціальних інструментівта обладнання для монтажу.
- Схильні до корозії
- Можуть накопичувати статичну електрику.
Мідні
- Витримують температуру до 2000, тиск до 200 атм. (У приватному будинку зовсім зайві переваги)
- Надійні та довговічні
- Мають високу вартість
- Монтуються спеціальним обладнанням, срібним припоєм.
Пластикові
- Антистатичні
- Стійкі до корозії
- Недорогі
- Мають мінімальний гідравлічний опір
- Не вимагають спеціальних навичок під час монтажу
Підведемо підсумок
Правильно зроблений розрахунок системи опалення приватного будинку забезпечує:
- Комфортне тепло у приміщеннях.
- Достатня кількість гарячої води.
- Тишу в трубах (без булькання та гарчання).
- Оптимальні режими роботи котла
- Правильне навантаження на циркуляційний насос.
- Мінімальні витрати на монтаж
