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.
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.
Базальтовый утеплитель – популярный теплоизолятор, но ходят слухи о его вреде для здоровья человека. и экологическая безопасность.
Как правильно утеплить стены квартиры изнутри без вреда для конструкции здания, читайте .
Холодная кровля мешает создать уютную мансарду. вы узнаете, как утеплить потолок под холодной крышей и какие материалы самые эффективные.
Расчет теплопотерь
Вот как следует производить вычисления:
Теплопотери через ограждающие конструкции
Для каждого материала, входящего в состав ограждающих конструкций, в справочнике или предоставленном производителем паспорте находим значение коэффициента теплопроводности Кт (единица измерения - Вт/м*градус).
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,
- А - площадь ограждающей конструкции, кв. м;
- dT - разность наружной и внутренней температур.
- dT следует определять для самой холодной пятидневки.
Теплопотери через вентиляцию
Для этой части расчета необходимо знать кратность воздухообмена.
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.
Теплопотери через вентиляцию определим по формуле:
Qв = (V*Кв / 3600) * р * с * dT,
- 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:
- 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,
- 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.
Для приема гигиенических процедур и мытья посуды жильцы дома греют воду и произведенное тепло уходит в канализационную трубу.
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,
- 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
Рассчитаем теплопотери 2-этажного дома высотой 7 м, имеющего размеры в плане 10х10 м.
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.
Наружная температура в самую холодную пятидневку составляет -25 градусов.
Средняя наружная температура за отопительный период - (-5) градусов.
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)
Термическое сопротивление:
- 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.
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
Если вы не живете в дачном домике зимой, в межсезонье или в холодное лето необходимо все равно его обогревать. в данном случае бывает самым целесообразным.
О причинах падения давления в системе отопления вы можете почитать . Устранение неполадок.
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.
Средняя мощность теплопотерь через вентиляцию составит:
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.
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
eeni2008
Рассмотрим, как рассчитать теплопотери дома через ограждающие конструкции. Расчет приводится на примере одноэтажного жилого дома. Данным расчетом можно пользоваться и для расчета теплопотерь отдельного помещения, всего дома или отдельной квартиры.
Пример технического задания для расчета теплопотерь
Сначала составляем простой план дома с указанием площадей помещений, размеров и расположения окон и входной двери. Это необходимо для определения площади поверхности дома, через которую происходят теплопотери.
Формула расчета теплопотерь
Для расчета теплопотерь применяем следующие формулы:
R = B / K - это формула расчета величины теплосопротивления ограждающих конструкций дома.
- R - тепловое сопротивление, (м2*К)/Вт;
- К - коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м*К);
- В - толщина материала, м.
Q = S . dT / R - это формула расчета теплопотерь.
- Q - теплопотери, Вт;
- S - площадь ограждающих конструкций дома, м2;
- dT - разница температуры между внутренним помещением и улицой, К;
- R - значение теплового сопротивления конструкции, м2.К/Вт
Температурный режим внутри дома для расчета берем +21..+23°С - такой режим является наиболее комфортным для человека. Минимальная уличная температура для расчета теплопотерь взята -30°С, так как в зимний период в регионе: где построен дом (Ярославская область, Россия) такая температура может продержаться более одной недели и именно наименьший температурный показатель рекомендуется закладывать в расчеты, при этом разность температур получаем dТ = 51..53, в среднем - 52 градуса.
Общие теплопотери дома состоят из теплопотерь всех ограждающих конструкций, поэтому, используя эти формулы, выполняем:
После расчета получили такие данные:
- Q стен - 0,49 кВт.ч,
- Q потолочного перекрытия - 0,49 кВт.ч,
- Q пола - 0,32 кВт.ч,
- Q окон - 0,38 кВт.ч.
- Q входной двери - 0,16 кВт.ч.
Итого: суммарный результат теплопотерь через ограждающие конструкции составил - 1,84 кВт.ч.
На сегодняшний день теплосбережение является важным параметром, который учитывается при сооружении жилого или офисного помещения. В соответствии со СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», сопротивление теплоотдаче рассчитывается по одному из двух альтернативных подходов:
- Предписывающему;
- Потребительскому.
Для расчета систем отопления дома, вы можете воспользоваться калькулятором расчета отопления, теплопотерь дома .
Предписывающий подход - это нормы, предъявляемые к отдельным элементам теплозащиты здания: наружным стенам, полам над не отапливаемым пространствами, покрытиям и чердачным перекрытиям, окнам, входным дверям и т.д.
Потребительский подход (сопротивление теплопередаче может быть снижено по отношению к предписывающему уровню при условии, что проектный удельный расход тепловой энергии на отопление помещения ниже нормативного).
Санитарно-гигиенические требования:
- Перепад между температурами воздуха внутри помещения и снаружи не должен превышать определенных допустимых значений. Максимальные допустимые значения перепада температур для наружной стены 4°С. для покрытия и чердачного перекрытия 3°С и для перекрытия над подвалами и подпольями 2°С.
- Температура на внутренней поверхности ограждения должна быть выше температуры точки росы.
К примеру : для Москвы и московской области необходимое теплотехническое сопротивление стены по потребительскому подходу составляет 1.97 °С· м 2 /Вт, а по предписывающему подходу:
- для дома постоянного проживания 3.13 °С· м 2 / Вт.
- для административных и прочих общественных зданий, в том числе сооружений сезонного проживания 2.55 °С· м 2 / Вт.
По этой причине, выбирая котел либо другие нагревательные приборы исключительно по указанным в их технической документации параметрам. Вы должны спросить у себя, построен ли ваш дом со строгим учетом требований СНиП 23-02-2003.
Следовательно, для правильного выбора мощности котла отопления либо нагревательных приборов, необходимо рассчитать реальные теплопотери вашего дома . Как правило, жилой дом теряет тепло через стены, крышу, окна, землю, так же существенные потери тепла могут приходиться на вентиляцию.
Теплопотери в основном зависят от:
- разницы температур в доме и на улице (чем выше разница, тем выше потери).
- теплозащитных характеристик стен, окон, перекрытий, покрытий.
Стены, окна, перекрытия, имеют определенное сопротивление утечкам тепла, теплозащитные свойства материалов оценивают величиной, которая называется сопротивлением теплопередачи .
Сопротивление теплопередачи покажет, какое количество тепла просочится через квадратный метр конструкции при заданном перепаде температур. Можно сформулировать этот вопрос по другому: какой перепад температур будет возникать при прохождении определенного количества тепла через квадратный метр ограждений.
R = ΔT/q.
- q - это количество тепла, которое уходит через квадратный метр поверхности стены или окна. Это количество тепла измеряют в ваттах на квадратный метр (Вт/ м 2);
- ΔT - это разница между температурой на улице и в комнате (°С);
- R - это сопротивление теплопередачи (°С/ Вт/ м 2 или °С· м 2 / Вт).
В случаях, когда речь идет о многослойной конструкции, то сопротивление слоев просто суммируется. К примеру, сопротивление стены из дерева, которая обложена кирпичом, является суммой трех сопротивлений: кирпичной и деревянной стенки и воздушной прослойки между ними:
R(сумм.)= R(дерев.) + R(воз.) + R(кирп.)
Распределение температуры и пограничные слои воздуха при передаче тепла через стену.
Расчет теплопотерь выполняется для самого холодного периода года периода, коим является самая морозная и ветреная неделя в году. В строительной литературе, зачастую, указывают тепловое сопротивление материалов исходя из данного условия и климатического района (либо наружной температуры), где находится ваш дом.
Таблица сопротивления теплопередачи различных материалов
при ΔT = 50 °С (Т нар. = -30 °С. Т внутр. = 20 °С.)
|
Материал и толщина стены |
Сопротивление теплопередаче R m
.
|
|
Кирпичная стена |
0.592 |
|
Сруб из бревна Ø 25 |
0.550 |
|
Сруб из бруса Толщ. 20 сантиметров |
0.806 |
|
Каркасная стена (доска + |
|
|
Стена из пенобетона 20 сантиметров |
0.476 |
|
Штукатурка по кирпичу, бетону. |
|
|
Потолочное (чердачное) перекрытие |
|
|
Двойные деревянные двери |
Таблица тепловых потерь окон различных конструкций при ΔT = 50 °С (Т нар. = -30 °С. Т внутр. = 20 °С.)
|
Примечание
. Четные цифры в условном обозначении стеклопакета указывают на воздушный
зазор в миллиметрах;
. Буквы Ar означают, что зазор заполнен не воздухом, а аргоном;
. Буква К означает, что наружное стекло имеет специальное прозрачное
теплозащитное покрытие.
Как видно из вышеуказанной таблицы, современные стеклопакеты дают возможность сократить теплопотери окна почти в 2 раза. К примеру, для 10 окон размером 1.0 м х 1.6 м экономия может достигать в месяц до 720 киловатт-часов.
Для правильного выбора материалов и толщины стен применим эти сведения к конкретному примеру.
В расчете тепловых потерь на один м 2 участвуют две величины:
- перепад температур ΔT.
- сопротивления теплопередаче R.
Допустим температура в помещении будет составлять 20 °С. а наружная температура будет равной -30 °С. В таком случае перепад температур ΔT будет равен 50 °С. Стены изготовлены из бруса толщиной 20 сантиметров, тогда R= 0.806 °С· м 2 / Вт.
Тепловые потери будут составлять 50 / 0.806 = 62 (Вт/ м 2).
Для упрощения расчетов теплопотерь в строительных справочниках указывают теплопотери различного вида стен, перекрытий и т.д. для некоторых значений зимней температуры воздуха. Как правило, приводятся различные цифры для угловых помещений (там влияет завихрение воздуха, отекающего дом) и неугловых , а также учитывается разница в температур для помещений первого и верхнего этажа.
Таблица удельных теплопотерь элементов ограждения здания (на 1 м 2 по внутреннему контуру стен) в зависимости от средней температуры самой холодной недели в году.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Примечание. В случае когда за стеной находится наружное неотапливаемое помещение (сени, остекленная веранда и т.п.), то потери тепла через нее будут составлять 70% от расчетных, а если за этим неотапливаемым помещением находится еще одно наружное помещение то потери тепла будут составлять 40% от расчетного значения.
Таблица удельных теплопотерь элементов ограждения здания (на 1 м 2 по внутреннему контуру) в зависимости от средней температуры самой холодной недели в году.
Пример 1.
Угловая комната (1 этаж)
Характеристики комнаты:
- 1 этаж.
- площадь комнаты - 16 м 2 (5х3.2).
- высота потолка - 2.75 м.
- наружных стен - две.
- материал и толщина наружных стен - брус толщиной 18 сантиметров обшит гипсокартонном и оклеен обоями.
- окна - два (высота 1.6 м. ширина 1.0 м) с двойным остеклением.
- полы - деревянные утепленные. снизу подвал.
- выше чердачное перекрытие.
- расчетная наружная температура -30 °С.
- требуемая температура в комнате +20 °С.
- Площадь наружных стен за вычетом окон: S стен (5+3.2)х2.7-2х1.0х1.6 = 18.94 м 2 .
- Площадь окон: S окон = 2х1.0х1.6 = 3.2 м 2
- Площадь пола: S пола = 5х3.2 = 16 м 2
- Площадь потолка: S потолка = 5х3.2 = 16 м 2
Площадь внутренних перегородок в расчете не участвует, так как по обе стороны перегородки температура одинакова, следовательно через перегородки тепло не уходит.
Теперь Выполним расчет теплопотери каждой из поверхностей:
- Q стен = 18.94х89 = 1686 Вт.
- Q окон = 3.2х135 = 432 Вт.
- Q пола = 16х26 = 416 Вт.
- Q потолка = 16х35 = 560 Вт.
Суммарные теплопотери комнаты будут составлять: Q суммарные = 3094 Вт.
Следует учитывать, что через стены улетучивается тепла куда больше чем через окна, полы и потолок.
Пример 2
Комната под крышей (мансарда)
Характеристики комнаты:
- этаж верхний.
- площадь 16 м 2 (3.8х4.2).
- высота потолка 2.4 м.
- наружные стены; два ската крыши (шифер, сплошная обрешетка. 10 саниметров минваты, вагонка). фронтоны (брус толщиной 10 саниметров обшитый вагонкой) и боковые перегородки (каркасная стена с керамзитовым заполнением 10 саниметров).
- окна - 4 (по два на каждом фронтоне), высотой 1.6 м и шириной 1.0 м с двойным остеклением.
- расчетная наружная температура -30°С.
- требуемая температура в комнате +20°С.
- Площадь торцевых наружных стен за вычетом окон: S торц.стен = 2х(2.4х3.8-0.9х0.6-2х1.6х0.8) = 12 м 2
- Площадь скатов крыши, ограничивающих комнату: S скатов.стен = 2х1.0х4.2 = 8.4 м 2
- Площадь боковых перегородок: S бок.перегор = 2х1.5х4.2 = 12.6 м 2
- Площадь окон: S окон = 4х1.6х1.0 = 6.4 м 2
- Площадь потолка: S потолка = 2.6х4.2 = 10.92 м 2
Далее рассчитаем тепловые потери этих поверхностей, при этом необходимо учесть, что через пол в данном случае тепло не будет уходить, так как внизу расположено теплое помещение. Теплопотери для стен рассчитываем как для угловых помещений, а для потолка и боковых перегородок вводим 70-процентный коэффициент, так как за ними располагаются неотапливаемые помещения.
- Q торц.стен = 12х89 = 1068 Вт.
- Q скатов.стен = 8.4х142 = 1193 Вт.
- Q бок.перегор = 12.6х126х0.7 = 1111 Вт.
- Q окон = 6.4х135 = 864 Вт.
- Q потолка = 10.92х35х0.7 = 268 Вт.
Суммарные теплопотери комнаты составят: Q суммарные = 4504 Вт.
Как мы видим, теплая комната 1 этажа теряет (либо потребляет) значительно меньше тепла, чем мансардная комната с тонкими стенками и большой площадью остекления.
Чтобы данное помещение сделать пригодным для зимнего проживания, необходимо в первую очередь утеплять стены, боковые перегородки и окна.
Любая ограждающая поверхность может быть представлена в виде многослойной стены, каждый слой которой имеет собственное тепловое сопротивление и собственное сопротивление прохождению воздуха. Суммировав тепловое сопротивление всех слоев, мы получим тепловое сопротивление всей стены. Также ели просуммировать сопротивление прохождению воздуха всех слоев, можно понять, как дышит стена. Самая лучшая стена из бруса должна быть эквивалентна стене из бруса толщиной 15 - 20 антиметров. Приведенная далее таблица поможет в этом.
Таблица сопротивления теплопередаче и прохождению воздуха различных материалов ΔT=40 °С (Т нар. =-20 °С. Т внутр. =20 °С.)
|
|
Толщина |
Сопротивление |
Сопротивл. |
|
|
Эквивалент |
||||
|
Кирпичная кладка из обычного 12 сантиметров |
12 |
0.15 |
12 |
6 |
|
Кладка из керамзитобетонных блоков 1000 кг / м 3 |
1.0 |
75 |
17 |
|
|
Пено- газобетон толщиной 30 см 300 кг / м 3 |
2.5 |
190 |
7 |
|
|
Брусовал стена толщиной (сосна) 10 сантиметров |
10 |
0.6 |
45 |
10 |
Для полной картины теплопотерь всего помещения нужно учитывать
- Потери тепла через контакт фундамента с мерзлым грунтом, как правило принимают 15% от потерь тепла через стены первого этажа (с учетом сложности расчета).
- Потери тепла, которые связаны с вентиляцией. Данные потери рассчитываются с учетом строительных норм (СНиП). Для жилого дома требуется около одного воздухообмена в час, то есть за это время необходимо подать тот же объём свежего воздуха. Таким образом, потери которые связаны с вентиляцией будут составлять немного меньше чем сумма теплопотерь приходящиеся на ограждающие конструкции. Выходит, что теплопотери через стены и остекление составляет только 40%, а теплопотери на вентиляцию 50%. В европейских нормах вентиляции и утепления стен, соотношение теплопотерь составляют 30% и 60%.
- Если стена «дышит», как стена из бруса или бревна толщиной 15 - 20 сантиметров то происходит возврат тепла. Это позволяет снизить тепловые потери на 30%. поэтому полученную при расчете величину теплового сопротивления стены необходимо умножить на 1.3 (или соответственно уменьшить теплопотери ).
Суммировав все теплопотери дома, Вы сможете понять какой мощности котел и отопительные приборы необходимы для комфортного обогрева дома в самые холодные и ветряные дни. Также, подобные расчеты покажут, где «слабое звено» и как его исключить с помощью дополнительной изоляции.
Выполнить расчет расхода тепла можно и по укрупненным показателям. Так, в 1-2 этажных не очень утепленных домах при наружной температуре -25 °С необходимо 213 Вт на 1 м 2 общей площади, а при -30 °С - 230 Вт. Для хорошо утепленных домов - этот показатель будет составлять: при -25 °С - 173 Вт на м 2 общей площади, а при -30 °С - 177 Вт.
В холодный период, когда температура воздуха в помещении намного больше температуры наружного воздуха, через ограждение здания возникают потоки тепла (теплопотери).
Теплопотери помещений складываются из двух основных составляющих: трансмиссионных теплопотерь и затрат теплоты на нагревание инфильтрующегося через неплотности воздуха.
Трансмиссионные теплопотери – это потери теплоты через наружные ограждения в следствии теплопередачи.
Трансмиссионные теплопотери находятся по формулам:
где - теплопотери, Вт;
Термическое сопротивление ограждения ()/ Вт, определяемое теплотехническим расчетом;
К- коэффициент теплопередачи ограждения Вт / (),
F- площадь поверхности ограждения,
– расчетная температура воздуха в помещении, °С, табл.2
Расчетная температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки, °С, табл.3
N – поправочный коэффициент к расчетной разности температур;
Добавочные теплопотери, Вт.
Для расчета площадей поверхности F в формулах (1.24) и (1.25.) руководствуются общепринятой методикой определения линейных размеров ограждающей конструкции.
Рис. 2. Обмер ограждений:
а – по вертикали; б – в плане; 1 – пол по грунту; 2- пол по лагам; 3 – пол над подвалом; О – окна; НС – наружная стена; Пл – пол; Пт – потолок.
Принято теплопотери пола, лежащие на земле определять по зонам. Каждой зоне соответствует свое термическое сопротивление.
; 4,3()/ Вт;
Величина теплопотерь через i-ую зону находится по формуле:
где - сопротивление i-ой зоны, ()/ Вт;
– площадь i-ой зоны, (площадь кольцевой полосы шириной 2 м вдоль контура здания). Площадь зоны I в углах здания умножается на 2 .
Рис. 3. Потоки теплоты от полов по грунту и заглубленных стен:
а – через пол; б – через заглубленную стену; в – деление пола на зоны 1,2,3,4; г – деление заглубленной тены и пола на зоны 1,2,3,4.
Теплопотери через полы получают суммированием теплопотерь по зонам
Если полы уложены на лаги или на изолирующий материал (имеют воздушную прослойку) и термическое сопротивление этих дополнительных элементов методика расчета сохраняется (при этом сопротивление каждой зоны увеличивается на величину сопротивления подстилающих слоев.)
Такая же методика применяется для расчета теплопотерь через стены здания, заглубленные в грунт (отапливаемые подвалы).
Разбивка на зоны начинается от поверхности грунта снаружи здания, полы рассматриваются как продолжение стен.
Добавочные теплопотери определяются так:
1. Добавки на ориентацию по сторонам света делаются на все вертикальные ограждения или вертикальные проекции наклонных ограждений так:
С, С-З, С-В, В-10%; З, Ю-В – 5%; Ю, Ю-З – 0%.
2. На врывание холодного воздуха через наружные двери при их кратковременном открывании при высоте здания Н, м:
Двойные двери с тамбурами – 27% от Н;
То же без тамбура – 34% от Н;
Одинарные двери – 22% от Н.
3. Для полов первого этажа над холодными подвалами зданий в местностях с расчетной температурой наружного воздуха (пятидневки) минус 40 °С и ниже принимается равной 5%.
Путем суммирования трансмиссионных теплопотерь по всем ограждениям, находим теплопотери всего помещения.
ГЛАВА 3. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ПОМЕЩЕНИЙ И ТЕПЛОЗАТРАТЫ НА ОТОПЛЕНИЕ ЗДАНИЙ
Расчетная мощность систем отопления
Тепловой режим может быть постоянным и переменным.
Постоянный - поддерживается круглосуточно в жилых, производственных с непрерывным режимом работы зданиях, детских и лечебных учреждениях, гостиницах, санаториях.
Переменный - в производственных зданиях с одно- и двухсменной работой, административных, торговых, учебных зданиях, предприятиях обслуживания. В нерабочее время используют имеющуюся систему отопления, или дежурное отопление - пониженная температура.
Тепловой баланс сводят в формуляр (табл. 3.1).
Таблица 3.1. Формуляр (бланк) теплового баланса
Если теплопотери больше тепловыделений, то требуется отопление.
Расчетная тепловая мощность системы отопления :
Q с,о = ∑Q пот - ∑Q пост, (3.1)
Если в производственном здании ∑Q пост >∑Q пот , то устраивается приточной вентиляции.
Теплопотери через ограждающие конструкции
Для определения теплопотери необходимо иметь:
Планы этажей со всеми строительными размерами;
Выкопировку из генплана с обозначением стран света и розы ветров;
Назначение каждого помещения;
Географическое место постройки здания;
Конструкции всех наружных ограждений.
Все помещения на планах обозначают:
Нумеруют слева направо, лестничные клетки обозначают буквами или римскими цифрами независимо от этажа и рассматривают как одно помещение.
Потери теплоты помещениями через ограждающие конструкции , с округлением до 10 Вт:
Q огр = (F/R о)(t в – t н Б)(1 + ∑β)n = kF(t в – t н Б)(1 - ∑β)n, (3.2)
где F , k , R o - расчетная площадь, коэффициент теплопередачи, сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м 2 , Вт/(м 2 · оС), (м 2 · оС)/Вт; t в - расчетная температура воздуха помещения, о С; t н Б - расчетная температура наружного воздуха (Б) или температура воздуха более холодного помещения; п - коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху (табл. 2.4); β - добавочные потери теплоты в долях от основных потерь.
Теплообмен через ограждения между смежными отапливаемыми помещениями учитывается, если разность температур в них более 3°С.
Площади F , м 2 , ограждений (наружных стен (НС), окон (О), дверей (Д), фонарей (Ф), потолка (Пт), пола (П)) измеряются по планам и разрезам здания (рис. 3.1).
1. Высота стен первого этажа: если пол находится на грунте, - между уровнями полов первого и второго этажей (h 1 ); если пол на лагах - от наружного уровня подготовки пола на лагах до уровня пола второго этажа (h 1 1 ); при неотапливаемом подвале или подполье - от уровня нижней поверхности конструкции пола первого этажа до уровня чистого пола второго этажа (h 1 11 ), а в одноэтажных зданиях с чердачным перекрытием высота измеряется от пола до верха утепляющего слоя перекрытия.
2. Высота стен промежуточного этажа - между уровнями чистых полов данного и вышележащего этажей (h 2 ), а верхнего этажа - от уровня его чистого пола до верха утепляющего слоя чердачного перекрытия (h 3 ) или бесчердачного покрытия.
3. Длина наружных стен в угловых помещениях - от кромки наружного угла до осей внутренних стен (l 1 и l 2 l 3 ).
4. Длина внутренних стен - от внутренних поверхностей наружных стен до осей внутренних стен (m 1 ) или между осями внутренних стен (т).
5. Площади окон, дверей и фонарей - по наименьшим размерам строительных проемов в свету (а и b ).
6. Площади потолков и полов над подвалами и подпольями в угловых помещениях - от внутренней поверхности наружных стен до осей противоположных стен (m 1 и п ), а в неугловых - между осями внутренних стен (т ) и от внутренней поверхности наружной стены до оси противоположной стены (п ).
Погрешность линейных размеров - ±0,1 м, площади - ±0,1 м 2 .
Рис. 3.1. Схема обмера теплопередающих ограждений
Рис 3.2. Схема к определению потерь теплоты через полы и стены, заглубленные ниже уровня земли
1 - первая зона; 2 – вторая зона; 3 – третья зона; 4 – четвертая зона (последняя).
Потери теплоты через полы определяют по зонам-полосам шириной 2 м, параллельным наружным стенам (рис. 5.2).
Приведенное сопротивление теплопередаче R н.п, м 2 ·К/Вт, зон неутепленных полов на грунте и стен ниже уровня земли, с теплопроводностью λ > 1,2 Вт/(м· о С): для 1-й зоны - 2,1; для 2-й зоны - 4,3; для 3-й зоны - 8,6; для 4-й зоны (оставшейся площади пола) - 14,2.
Формула (3.2) при подсчете потерь теплоты Q пл , Вт, через пол, расположенный на грунте, принимает вид:
Q пл = (F 1 / R 1н.п +F 2 / R 2н.п +F 3 / R 3н.п +F 4 / R 4н.п)(t в – t н Б)(1 + ∑β)n, (3.3)
где F 1 - F 4 - площади 1 - 4 зон-полос, м 2 ; R 1,н.п - R 4,н.п - сопротивление теплопередаче зон пола, м 2 ·К/Вт; n =1.
Сопротивление теплопередаче утепленных полов на грунте и стен ниже уровня земли (λ < 1,2 Вт/(м· оС)) R y .п, м 2 · о С/Вт, определяют также для зон по формуле
R у.п = R н.п +∑(δ у.с. /λ у.с.) ,(3.4)
где R н.п - сопротивление теплопередаче зон неутепленного пола (рис. 3.2), м 2 · о С/Вт; сумма дроби - сумма термических сопротивлений утепляющих слоев, м 2 · о С/Вт; δ у.с - толщина утепляющего слоя, м.
Сопротивление теплопередаче полов на лагах R л, м 2 · о С/Вт:
R л.п = 1,18 (R н.п +∑(δ у.с. /λ у.с.)) ,(3.5)
Утепляющие слои - воздушная прослойка и дощатый пол на лагах.
При подсчете потерь теплоты, участки полов в углах наружных стен (в первой двухметровой зоне) вводится в расчет дважды по направлению стен.
Теплопотери через подземную часть наружных стен и полы отапливаемого подвала подсчитываются так же по зонам шириной 2 м, с отсчетом их от уровня земли (см. рис. 3.2). Тогда полы (при отсчете зон) рассматриваются как продолжение подземной части наружных стен. Сопротивление теплопередаче определяется так же, как и для неутепленных или утепленных полов.
Добавочные теплопотери через ограждения. В (3.2) член (1+∑β) учитывает добавочные теплопотери в долях от основных теплопотерь:
1. На ориентацию по отношению к странам света. β наружных вертикальных и наклонных (вертикальная проекция) стен, окон и дверей.
Рис. 3.3. Добавка к основным теплопотерям в зависимости от ориентации ограждений по отношению к странам света
2. На продуваемость помещений с двумя наружными стенами и более. В типовых проектах через стены, двери и окна, обращенные на все страны света β = 0,08 при одной наружной стене и 0,13 для угловых помещений и во всех жилых помещениях.
3. На расчетную температуру наружного воздуха. Для необогреваемых полов первого этажа над холодными подпольями зданий в местностях с t н Б минус 40°С и ниже - β = 0,05.
4. На подогрев врывающегося холодного воздуха. Для наружных дверей, без воздушных или воздушно-тепловых завес, при высоте здания Н , м:
- β = 0,2 Н - для тройных дверей с двумя тамбурами между ними;
- β = 0,27 Н - для двойных дверей с тамбуром между ними;
- β = 0,34 Н - для двойных дверей без тамбура;
- β = 0,22 Н - для одинарных дверей.
Для наружных не оборудованных ворот β =3 без тамбура и β = 1 - с тамбуром у ворот. Для летних и запасных наружных дверей и ворот β = 0.
Потери теплоты через ограждающие конструкции помещений вписывают в формуляр (бланк) (табл. 3.2).
Таблица 3.2. Формуляр (бланк) расчета теплопотерь
Площади стен в расчете измеряют с площадью окон, таким образом, площадь окон учитывают дважды, поэтому в графе 10 коэффициент k окон принимают как разность его значений для окон и стен.
Расчета потерь теплоты проводят по помещениям, этажам, зданию.
