Многие, строя загородный дом, забывают о приближении зимних холодов, из-за чего расчет теплопотерь здания делают в спешке, и в итоге отопление не создает комфортный микроклимат в помещениях. А ведь сделать дом теплым не сложно, нужно лишь учесть ряд нюансов.
1 На чем основывается расчет теплопотерь здания
Таким свойством, как теплопроводность, обладает любой материал, различается лишь уровень термического сопротивления, то есть пропускная способность. Из любого дома, даже с устроенной по всем правилам термоизоляцией, тепло уходит через окна, двери, стены, пол, потолок (крышу), а также через вентиляцию . При разнице внешней и внутренней температур обязательно возникает так называемая "точка росы", со средним значением. И только от микроклимата в помещениях, материала и толщины стен, а также характеристик термоизоляции зависит, где окажется эта точка: внутри, снаружи или непосредственно в стене, а также какая в ней будет температура.
Если ответственно подходить к задаче и выполнять расчет теплопотерь здания по всем правилам, это займет у вас немало часов и придется составить множество формул, вычисления займут целую тетрадь. Поэтому определим интересующие нас показатели упрощенным методом, либо обратившись за помощью к СНиП и ГОСТам. И, поскольку решено делать подсчеты не слишком углубленно, оставим в стороне определение среднегодовых температуры и влажности по самой холодной пятидневке за несколько лет, как того требуется по СНиП 23-01-99. Просто отметим наиболее морозный день за последний зимний сезон, допустим, это будет -30 о С. Также не будем принимать во внимание среднесезонную скорость ветра, влажность в регионе и длительность отопительного периода.
Калькулятор теплопотерь здания
Укажите размеры и типы стен.| На улице средняя температура за день |
Выберите значение -40°C -30°C -20°C -15°C -10°C -5°C 0°C +5C +10C |
| Внутри средняя температура за день |
|
| Стены Только выходящие на улицу стены! |
Добавьте выходящие на улицу стены и укажите, из каких слоёв состоит стена |
| Комнаты |
Добавьте все используемые помещения, даже коридоры, и укажите, из каких слоёв состоят перекрытия |
|
Тепловые потери: |
|
Однако из чего же складывается микроклимат в жилой комнате? Комфортные условия для жильцов зависят от температуры воздуха t в, его влажности φ в и движения v в, возникающего при наличии вентиляции. И еще один фактор влияет на уровень тепла – радиационное излучение тепла или холода t р, свойственное нагреваемым (охлаждаемым) естественным путем предметам и поверхностям в обстановке. По нему определяется результирующая температура t п, с помощью формулы [t п = (t р + t в)/2]. Все эти показатели для разных помещений можно рассмотреть в приведенной ниже таблице.
Оптимальные параметры микроклимата жилых зданий по ГОСТ 30494-96
| Период года | Помещение |
Температура внутреннего воздуха t в, °С |
Результирующая температура t п, °С |
Относит. влажность внутреннего воздуха φ в, % |
Скорость движения воздуха v в, м/с |
| Холодный | Жилая комната | ||||
| То же, в районах с t 5 от -31 °С | |||||
| Кухня | |||||
| Туалет | |||||
| Ванная, совмещенный санузел | |||||
| Помещение для отдыха и учебных занятий | |||||
| Межквартирный коридор | |||||
| Вестибюль, лестничная клетка | |||||
| Кладовая | |||||
| Теплый | Жилая комната |
Буквами НН обозначаются ненормируемые параметры.
2 Делаем теплотехнический расчет стены с учетом всех слоев
Как уже было сказано, каждому материалу свойственно сопротивление теплопередаче, и чем толще стены или перекрытия, тем выше это значение . Однако не стоит забывать и про термоизоляцию, при наличии которой ограждающие помещение поверхности становятся многослойными и намного лучше препятствуют утечке тепла. У каждого слоя свое сопротивление прохождению тепла, и сумма всех этих величин обозначается в формулах как Σ R i (здесь буква i определяет номер слоя).
Поскольку составляющие ограждения помещений материалы с разными свойствами имеют некоторое возмущение температурного режима в своей структуре, высчитывается общее сопротивление теплопередаче. Формула у него следующая: , где R в и R н соответствуют сопротивлению на внутренней и наружной поверхностях ограждения, будь то стена или перекрытие . Однако утеплители вносят в теплотехнический расчет стены коррективы, которые базируются на коэффициенте теплотехнической однородности r , определяемом формулой .
Показатели с цифровыми индексами являются, соответственно, коэффициентами внутренних крепежей и соединения расчетного ограждения с любым другим. Первый, то есть r 1 , отвечает как раз за фиксацию утеплителей. Если коэффициент теплопроводности последних λ = 0,08 Вт/(м·°С), значение r 1 будет большим, если же теплопроводность термоизоляции оценивается как λ = 0,03 Вт/(м·°С), то меньшим.
Значение коэффициента внутренних крепежей уменьшается по мере возрастания толщины слоя утеплителя.
В целом, картина складывается следующая. Допустим, термоизоляция монтируется прямым анкерным креплением на трехслойной ячеистобетонной стене, снаружи облицованной кирпичом. Тогда при слое утеплителя в 100 миллиметров r 1 соответствует 0,78-0,91, толщина в 150 миллиметров дает коэффициент внутреннего крепежа 0,77-0,90, тот же показатель, но в 200 мм, определяет r 1 как 0,75-0,88. Если внутренний слой также из кирпича, то r 1 = 0,78-0,92, а если стены помещения железобетонные, то коэффициент смещается до 0,79-0,93. А вот оконные откосы и вентиляция дают значение r 2 = 0,90-0,95. Все эти данные следует учитывать в дальнейшем.
3 Некоторые сведения о том, как рассчитать толщину утеплителя
Для того чтобы приступить к расчету термоизоляции, нам необходимо, прежде всего, высчитать R o , затем узнать требуемое термическое сопротивление R req по следующей таблице (сокращенный вариант).
Требуемые значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций
|
Здание / помещение |
Градусо-сутки отопительного периода D d , °С·сут |
Приведенное сопротивление теплопередаче ограждений R req , м 2 ·°С/Вт |
|||
|
стены |
покрытия |
чердачного перекрытия и перекрытия над холодными подвалами |
окна и балконной двери, витрины и витража |
||
| 1. Жилое, лечебно-профилактическое и детское учреждение, школа, интернат | |||||
| а | |||||
| b | |||||
| 2. Общественное, административное, бытовое и другие помещения с влажным или мокрым режимами | |||||
| а | |||||
| b | |||||
Коэффициенты a и b необходимы для тех случаев, когда значение D d , °С·сут отличается от приведенного в таблице, тогда R req , м 2 ·°С/Вт рассчитывается по формуле R req = a D d + b . Для колонки 6 первой группы зданий существуют поправки: если значение градусо-суток менее 6000 °С·сут, a = 0,000075, а b = 0,15, если тот же показатель в диапазоне 6000-8000 °С·сут, то a = 0,00005, b = 0,3, если же более 8000 °С·сут, то a = 0,000025, а b = 0,5. Когда все данные будут собраны, приступаем к расчету термоизоляции.
Теперь выясним, как рассчитать толщину утеплителя. Здесь придется обратиться к математике, поэтому будьте готовы поработать с формулами. Вот первая из них, по ней определяем требуемое условное сопротивление теплопередаче R o усл. тр = R req /r. Данный параметр нам нужен для определения требуемого сопротивления теплопередачи утеплителя R ут тр = R o усл. тр – (R в + Σ R т. изв + R н), здесь Σ R т. изв является суммой термического сопротивления слоев ограждения без учета теплоизоляции. Находим толщину утеплителя δ ут = R ут тр λ ут (м), причем λ ут берется из таблицы Д.1 СП 23-101-2004 , и округляем полученный результат в большую сторону до конструктивного значения с учетом номенклатуры производителя.
Теплопотери через ограждающие конструкции
Приведу пример расчета для внешних стен двухэтажного дома.|
1) Вычисляем сопротивление теплопередаче стены , деля толщину материала на его коэффициент теплопроводности. Например, если стена построена из тёплой керамики толщиной 0,5 м с коэффициентом теплопроводности 0,16 Вт/(м×°C), то делим 0,5 на 0,16: 0,5 м / 0,16 Вт/(м×°C) = 3,125 м 2 ×°C/Вт Коэффициенты теплопроводности строительных материалов можно взять . |
|
2) Вычисляем общую площадь внешних стен. Приведу упрощённый пример квадратного дома:
(10 м ширина × 7 м высота × 4 стороны) - (16 окон × 2,5 м 2) = 280 м 2 - 40 м 2 = 240 м 2 |
|
3) Делим единицу на сопротивление теплопередаче, тем самым получая теплопотери с одного квадратного метра стены на один градус разницы температуры. 1 / 3,125 м 2 ×°C/Вт = 0,32 Вт / м 2 ×°C |
|
4) Cчитаем теплопотери стен. Умножаем теплопотери с одного квадратного метра стены на площадь стен и на разницу температур внутри дома и снаружи. Например, если внутри +25°C, а снаружи -15°C, то разница 40°C. 0,32 Вт / м 2 ×°C × 240 м 2 × 40 °C = 3072 Вт Вот это число и является теплопотерей стен. Измеряется теплопотеря в ваттах, т.е. это мощность теплопотери. |
|
5) В киловатт-часах удобнее понимать смысл теплопотерь. За 1 час через наши стены при разнице температур в 40°C уходит тепловой энергии: 3072 Вт × 1 ч = 3,072 кВт×ч За 24 часа уходит энергии: 3072 Вт × 24 ч = 73,728 кВт×ч |
Понятное дело, что за время отопительного периода погода разная, т.е. разница температур всё время меняется. Поэтому, чтобы вычислить теплопотери за весь отопительный период, нужно в пункте 4 умножать на среднюю разницу температур за все дни отопительного периода.
Например, за 7 месяцев отопительного периода средняя разница температур в помещении и на улице была 28 градусов, значит теплопотери через стены за эти 7 месяцев в киловатт-часах:
0,32 Вт / м 2 ×°C × 240 м 2 × 28 °C × 7 мес × 30 дней × 24 ч = 10838016 Вт×ч = 10838 кВт×ч
Число вполне «осязаемое». Например, если бы отопление было электрическое, то можно посчитать сколько бы ушло денег на отопление, умножив полученное число на стоимость кВт×ч. Можно посчитать сколько ушло денег на отопление газом, вычислив стоимость кВт×ч энергии от газового котла. Для этого нужно знать стоимость газа, теплоту сгорания газа и КПД котла.
Кстати, в последнем вычислении вместо средней разницы температур, количества месяцев и дней (но не часов, часы оставляем), можно было использовать градусо-сутки отопительного периода — ГСОП, некоторая информация . Можно найти уже посчитанные ГСОП для разных городов России и перемножать теплопотери с одного квадратного метра на площадь стен, на эти ГСОП и на 24 часа, получив теплопотери в кВт*ч.
Аналогично стенам нужно посчитать значения теплопотерь для окон, входной двери, крыши, фундамента. Потом всё просуммировать и получится значение теплопотерь через все ограждающие конструкции. Для окон, кстати, не нужно будет узнавать толщину и теплопроводность, обычно уже есть готовое посчитанное производителем сопротивление теплопередаче стеклопакета . Для пола (в случае плитного фундамента) разница температур не будет слишком большой, грунт под домом не такой холодный, как наружный воздух.
Теплопотери через вентиляцию
Примерный объем имеющегося воздуха в доме (объём внутренних стен и мебели не учитываю):10 м х10 м х 7 м = 700 м 3
Плотность воздуха при температуре +20°C 1,2047 кг/м 3 . Удельная теплоемкость воздуха 1,005 кДж/(кг×°C). Масса воздуха в доме:
700 м 3 × 1,2047 кг/м 3 = 843,29 кг
Допустим, весь воздух в доме меняется 5 раз в день (это примерное число). При средней разнице внутренней и наружной температур 28 °C за весь отопительный период на подогрев поступающего холодного воздуха будет в среднем в день тратится тепловой энергии:
5 × 28 °C × 843,29 кг × 1,005 кДж/(кг×°C) = 118650,903 кДж
118650,903 кДж = 32,96 кВт×ч (1 кВт×ч = 3600 кДж)
Т.е. во время отопительного периода при пятикратном замещении воздуха дом через вентиляцию будет терять в среднем в день 32,96 кВт×ч тепловой энергии. За 7 месяцев отопительного периода потери энергии будут:
7 × 30 × 32,96 кВт×ч = 6921,6 кВт×ч
Теплопотери через канализацию
Во время отопительного периода поступающая в дом вода довольно холодная, допустим, она имеет среднюю температуру +7°C. Нагрев воды требуется, когда жильцы моют посуду, принимают ванны. Также частично нагревается вода от окружающего воздуха в бачке унитаза. Всё полученное водой тепло жильцы смывают в канализацию.Допустим, что семья в доме потребляет 15 м 3 воды в месяц. Удельная теплоёмкость воды 4,183 кДж/(кг×°C). Плотность воды 1000 кг/м 3 . Допустим, что в среднем поступающая в дом вода нагревается до +30°C, т.е. разница температур 23°C.
Соответственно в месяц теплопотери через канализацию составят:
1000 кг/м 3 × 15 м 3 × 23°C × 4,183 кДж/(кг×°C) = 1443135 кДж
1443135 кДж = 400,87 кВт×ч
За 7 месяцев отопительного периода жильцы выливают в канализацию:
7 × 400,87 кВт×ч = 2806,09 кВт×ч
Заключение
В конце нужно сложить полученные числа теплопотерь через ограждающие конструкции, вентиляцию и канализацию. Получится примерное общее число теплопотерь дома.Надо сказать, что теплопотери через вентиляцию и канализацию довольно стабильные, их трудно уменьшить. Не будете же вы реже мыться под душем или плохо вентилировать дом . Хотя частично теплопотери через вентиляцию можно снизить с помощью рекуператора.
Если я где-то допустил ошибку, напишите в комментарии, но вроде всё перепроверил несколько раз. Надо сказать, что есть значительно более сложные методики расчета теплопотерь, там учитываются дополнительные коэффициенты, но их влияние незначительное.
Показать все комментарии (50).
|
Валерий
(17.06.2015 22:23)
Подход совершенно правильный. Именно это нужно тому, кто строит свой дом (дача, ИЖС). При этом цели могут быть две: 1 – определиться с конструкцией здания (например, материал и толщина утеплителя); 2 – определиться с типом и конструкцией системы отопления (например, мощность котла, отопительных приборов …). Принимая в расчете удельные теплопотери 0,32 вместо 0,305, мы обеспечиваем «запас надежности» системы. Кроме того, окончательный результат расчетов корректируется имеющимся типоразмер-ным рядом материалов и оборудования. Например: 1 - если в результате расчетов получили толщину плиты утеплителя, например, 117мм, то в конструкцию заложим 3 слоя по 50мм (не будем же пилить плиту по толщине +/- 5%.... Или будем?...); 2 - если в результате расчетов получили мощность котла, например, 10,3кВт, то в систему заложим 12, а лучше 14, так надежнее. Поэтому несущественные погрешности по отношению к строгой методике (СП, СНИП и др.) не повлияют на окончательное решение. Спасибо, Дмитрий! P.S. Хорошо бы в таблице теплопроводности обозначить материалы, популярные в строймаркетах, типа Роквул и т.п. (раз уж ты избавил ленивого застройщика вроде меня от долгих плутаний по сайтам…) |
Железобетон Бетон на гравии или щебне из природного камня Плотный силикатный бетон Керамзитобетон на керамз. песке и керамзитопенобетон Р=1800 Керамзитобетон на керамз. песке и керамзитопенобетон Р=1600 Керамзитобетон на керамз. песке и керамзитопенобетон Р=1400 Керамзитобетон на керамз. песке и керамзитопенобетон Р=1200 Керамзитобетон на керамз. песке и керамзитопенобетон Р=1000 Керамзитобетон на керамз. песке и керамзитопенобетон Р=800 Керамзитобетон на керамз. песке и керамзитопенобетон Р=600 Керамзитобетон на керамз. песке и керамзитопенобетон Р=500 Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией Р=1200 Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией Р=1000 Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией Р=800 Перлитобетон Р=1200 Перлитобетон Р=1000 Перлитобетон Р=800 Перлитобетон Р=600 Аглопоритобетон и бетоны на топливных шлаках Р=1800 Аглопоритобетон и бетоны на топливных шлаках Р=1600 Аглопоритобетон и бетоны на топливных шлаках Р=1400 Аглопоритобетон и бетоны на топливных шлаках Р=1200 Аглопоритобетон и бетоны на топливных шлаках Р=1000 Бетон на зольном гравии Р=1400 Бетон на зольном гравии Р=1200 Бетон на зольном гравии Р=1000 Полистиролбетон Р=600 Полистиролбетон Р=500 Газо- и пенобетон. газо- и пеносиликат Р=1000 Газо- и пенобетон. газо- и пеносиликат Р=900 Газо- и пенобетон. газо- и пеносиликат Р=800 Газо- и пенобетон. газо- и пеносиликат Р=700 Газо- и пенобетон. газо- и пеносиликат Р=600 Газо- и пенобетон. газо- и пеносиликат Р=500 Газо- и пенобетон. газо- и пеносиликат Р=400 Газо- и пенобетон. газо- и пеносиликат Р=300 Газо- и пенозолобетон Р=1200 Газо- и пенозолобетон Р=100 Газо- и пенозолобетон Р=800 Цементно-песчаный раствор Сложный (песок. известь. цемент) раствор Известково-песчаный раствор Цементно-шлаковый раствор P=1400 Цементно-шлаковый раствор P=1200 Цементно-перлитовый раствор P=1000 Цементно-перлитовый раствор P=800 Гипсоперлитовый раствор Поризованный гипсоперлитовый раствор P=500 Поризованный гипсоперлитовый раствор P=400 Плиты из гипса P=1200 Плиты из гипса P=1000 Листы гипсовые обшивочные (сухая штукатурка) Глиняный обыкновенный кирпич Силикатный кирпич P=2000 Силикатный кирпич P=1900 Силикатный кирпич P=1800 Силикатный кирпич P=1700 Силикатный кирпич P=1600 Керамический кирпич Р=1600 Керамический кирпич Р=1400 Камень керамический Р=1700 Кирпича силикатного утолщенного Р=1600 Кирпича силикатного утолщенного Р=1400 Камень силикатный Р=1400 Камень силикатный Р=1300 Гранит. гнейс и базальт Мрамор Известняк Р=2000 Известняк Р=1800 Известняк Р=1600 Известняк Р=1400 Туф Р=2000 Туф Р=1800 Туф Р=1600 Туф Р=1400 Туф Р=1200 Туф Р=1000 Сосна и ель поперек волокон Сосна и ель вдоль волокон Дуб поререк волокон Дуб вдоль волокон Фанера клееная Картон облицовочный Картон строительный многослойный Плиты древесноволокн. и древесноструж., скоподревесноволок. Р=1000 Плиты древесноволокн. и древесноструж., скоподревесноволок. Р=800 Плиты древесноволокн. и древесноструж., скоподревесноволок. Р=400 Плиты древесноволокн. и древесноструж., скоподревесноволок. Р=200 Плиты фибролитовые и арболит на портландцементе Р=800 Плиты фибролитовые и арболит на портландцементе Р=600 Плиты фибролитовые и арболит на портландцементе Р=400 Плиты фибролитовые и арболит на портландцементе Р=300 Плиты волокнистые теплоизоляционные из отходов искусственного меха Р=175 Плиты волокнистые теплоизоляционные из отходов искусственного меха Р=150 Плиты волокнистые теплоизоляционные из отходов искусственного меха Р=125 Плиты льнокостричные изоляционные Плиты торфяные теплоизоляционные Р=300 Плиты торфяные теплоизоляционные Р=200 Пакля Маты минераловатные прошивные Р=125 Маты минераловатные прошивные Р=100 Маты минераловатные прошивные Р=75 Маты минераловатные прошивные Р=50 Плиты минераловатные на синтетическом связующем Р=250 Плиты минераловатные на синтетическом связующем Р=200 Плиты минераловатные на синтетическом связующем Р=175 Плиты минераловатные на синтетическом связующем Р=125 Плиты минераловатные на синтетическом связующем Р=75 Плиты пенополистирольные Р=50 Плиты пенополистирольные Р=35 Плиты пенополистирольные Р=25 Плиты пенополистирольные Р=15 Пенополиуретан Р=80 Пенополиуретан Р=60 Пенополиуретан Р=40 Плиты из резольнофенолформальдегидного пенопласта Р=100 Плиты из резольнофенолформальдегидного пенопласта Р=75 Плиты из резольнофенолформальдегидного пенопласта Р=50 Плиты из резольнофенолформальдегидного пенопласта Р=40 Плиты полистиролбетонные теплоизоляционные Р=300 Плиты полистиролбетонные теплоизоляционные Р=260 Плиты полистиролбетонные теплоизоляционные Р=230 Гравий керамзитовый Р=800 Гравий керамзитовый Р=600 Гравий керамзитовый Р=400 Гравий керамзитовый Р=300 Гравий керамзитовый Р=200 Щебень и песок из перлита вспученного Р=600 Щебень и песок из перлита вспученного Р=400 Щебень и песок из перлита вспученного Р=200 Песок для строительных работ Пеностекло и газостекло Р=200 Пеностекло и газостекло Р=180 Пеностекло и газостекло Р=160 Листы асбестоцементные плоские Р=1800 Листы асбестоцементные плоские Р=1600 Битумы нефтяные строительные и кровельные Р=1400 Битумы нефтяные строительные и кровельные Р=1200 Битумы нефтяные строительные и кровельные Р=1000 Асфальтобетон Изделия из вспученного перлита на битумном связующем Р=400 Изделия из вспученного перлита на битумном связующем Р=300 Рубероид. пергамин. толь Линолеум поливинилхлоридный многослойный Р=1800 Линолеум поливинилхлоридный многослойный Р=1600 Линолеум поливинилхлоридный на тканевой подоснове Р=1800 Линолеум поливинилхлоридный на тканевой подоснове Р=1600 Линолеум поливинилхлоридный на тканевой подоснове Р=1400 Сталь стержневая арматурная Чугун Алюминий Медь Стекло оконное
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.
Первый шаг в организации отопления частного дома - расчет теплопотерь. Цель этого расчета - выяснить, сколько тепла уходит наружу сквозь стены, полы, кровлю и окна (общее название - ограждающие конструкции) при самых суровых морозах в данной местности. Зная, как рассчитать теплопотери по правилам, можно получить довольно точный результат и приступить к подбору источника тепла по мощности.
Базовые формулы
Чтобы получить более-менее точный результат, необходимо выполнять вычисления по всем правилам, упрощенная методика (100 Вт теплоты на 1 м² площади) здесь не подойдет. Общие потери теплоты зданием в холодное время года складываются из 2 частей:
- теплопотерь через ограждающие конструкции;
- потерь энергии, идущей на нагрев вентиляционного воздуха.
Базовая формула для подсчета расхода тепловой энергии через наружные ограждения выглядит следующим образом:
Q = 1/R х (t в - t н) х S х (1+ ∑β). Здесь:
- Q - количество тепла, теряемого конструкцией одного типа, Вт;
- R - термическое сопротивление материала конструкции, м²°С / Вт;
- S - площадь наружного ограждения, м²;
- t в - температура внутреннего воздуха, °С;
- t н - наиболее низкая температура окружающей среды, °С;
- β - добавочные теплопотери, зависящие от ориентации здания.
Термическое сопротивление стен либо кровли здания определяется исходя из свойств материала, из которого они сделаны, и толщины конструкции. Для этого используется формула R = δ / λ, где:
- λ - справочное значение теплопроводности материала стены, Вт/(м°С);
- δ - толщина слоя из этого материала, м.
Если стена возведена из 2 материалов (например, кирпич с утеплителем из минваты), то термическое сопротивление рассчитывается для каждого из них, а результаты суммируются. Уличная температура выбирается как по нормативным документам, так и по личным наблюдениям, внутренняя - по необходимости. Добавочные теплопотери - это коэффициенты, определенные нормами:
- Когда стена либо часть кровли повернута на север, северо-восток или северо-запад, то β = 0,1.
- Если конструкция обращена на юго-восток или запад, β = 0,05.
- β = 0, когда наружное ограждение выходит на южную или юго-западную сторону.
Порядок выполнения вычислений
Чтобы учесть все тепло, уходящее из дома, необходимо сделать расчет теплопотерь помещения, причем каждого по отдельности. Для этого производятся замеры всех ограждений, соседствующих с окружающей средой: стен, окон, крыши, пола и дверей.
Важный момент: обмеры следует выполнять по внешней стороне, захватывая углы строения, иначе расчет теплопотерь дома даст заниженный расход тепла.
Окна и двери измеряются по проему, который они заполняют.
По результатам замеров рассчитывается площадь каждой конструкции и подставляется в первую формулу (S, м²). Туда же вставляется значение R, полученное делением толщины ограждения на коэффициент теплопроводности строительного материала. В случае с новыми окнами из металлопластика величину R вам подскажет представитель фирмы-установщика.
В качестве примера стоит провести расчет теплопотерь через ограждающие стены из кирпича толщиной 25 см, площадью 5 м² при температуре окружающей среды -25°С. Предполагается, что внутри температура составит +20°С, а плоскость конструкции обращена к северу (β = 0,1). Сначала нужно взять из справочной литературы коэффициент теплопроводности кирпича (λ), он равен 0,44 Вт/(м°С). Затем по второй формуле вычисляется сопротивление передаче тепла кирпичной стены 0,25 м:
R = 0,25 / 0.44 = 0,57 м²°С / Вт
Чтобы определить теплопотери помещения с этой стенкой, все исходные данные надо подставить в первую формулу:
Q = 1 / 0,57 х (20 - (-25)) х 5 х (1 + 0,1) = 434 Вт = 4.3 кВт
Если в комнате имеется окно, то после вычисления его площади следует таким же образом определить теплопотери сквозь светопрозрачный проем. Такие же действия повторяются относительно полов, кровли и входной двери. В конце все результаты суммируются, после чего можно переходить к следующему помещению.
Учет тепла на подогрев воздуха
Выполняя расчет теплопотерь здания, важно учесть количество тепловой энергии, расходуемой системой отопления на подогрев вентиляционного воздуха. Доля этой энергии достигает 30% от общих потерь, поэтому игнорировать ее недопустимо. Рассчитать вентиляционные теплопотери дома можно через теплоемкость воздуха с помощью популярной формулы из курса физики:
Q возд = cm (t в - t н). В ней:
- Q возд - тепло, расходуемое системой отопления на прогрев приточного воздуха, Вт;
- t в и t н - то же, что в первой формуле, °С;
- m - массовый расход воздуха, попадающего в дом снаружи, кг;
- с - теплоемкость воздушной смеси, равна 0.28 Вт / (кг °С).
Здесь все величины известны, кроме массового расхода воздуха при вентиляции помещений. Чтобы не усложнять себе задачу, стоит согласиться с условием, что воздушная среда обновляется во всем доме 1 раз в час. Тогда объемный расход воздуха нетрудно посчитать путем сложения объемов всех помещений, а затем нужно перевести его в массовый через плотность. Поскольку плотность воздушной смеси меняется в зависимости от его температуры, нужно взять подходящее значение из таблицы:
m = 500 х 1,422 = 711 кг/ч
Подогрев такой массы воздуха на 45°С потребует такого количества теплоты:
Q возд = 0.28 х 711 х 45 = 8957 Вт, что примерно равно 9 кВт.
По окончании расчетов результаты тепловых потерь сквозь наружные ограждения суммируются с вентиляционными теплопотерями, что дает общую тепловую нагрузку на систему отопления здания.
Представленные методики вычислений можно упростить, если формулы ввести в программу Excel в виде таблиц с данными, это существенно ускорит проведение расчета.
Похожие статьи
