Тепловые потери дома: формула, как посчитать теплопотери в загородном частном доме

Как рассчитать теплопотери частного дома?

Каждое здание, независимо от конструктивных особенностей, пропускает тепловую энергию через ограждения. Потери тепла в окружающую среду необходимо восстанавливать с помощью системы отопления. Сумма теплопотерь с нормируемым запасом – это и есть требуемая мощность источника тепла, которым обогревается дом. Чтобы создать в жилище комфортные условия, расчет теплопотерь производят с учетом различных факторов: устройства здания и планировки помещений, ориентации по сторонам света, направления ветров и средней мягкости климата в холодный период, физических качеств строительных и теплоизоляционных материалов.

По итогам теплотехнического расчета выбирают отопительный котел, уточняют количество секций батареи, считают мощность и длину труб теплого пола, подбирают теплогенератор в помещение – в общем, любой агрегат, компенсирующий потери тепла. По большому счету, определять потери тепла нужно для того, чтобы отапливать дом экономно – без лишнего запаса мощности системы отопления. Вычисления выполняют ручным способом либо выбирают подходящую компьютерную программу, в которую подставляют данные.

Как выполнить расчет?

Сначала стоит разобраться с ручной методикой – для понимания сути процесса. Чтобы узнать, сколько тепла теряет дом, определяют потери через каждую ограждающую конструкцию по отдельности, а затем складывают их. Расчет выполняют поэтапно.

1. Формируют базу исходных данных под каждое помещение, лучше в виде таблицы. В первом столбце записывают предварительно вычисленную площадь дверных и оконных блоков, наружных стен, перекрытий, пола. Во второй столбец заносят толщину конструкции (это проектные данные или результаты замеров). В третий – коэффициенты теплопроводности соответствующих материалов. В таблице 1 собраны нормативные значения, которые понадобятся в дальнейшем расчете:

Наименование и краткая характеристика материалаКоэффициент теплопроводности (λ), Вт/(м*С)
Дерево0,14
ДСП0,15
Керамический кирпич с пустотами 1000 кг/м3),кладка на цементно-песчаный раствор0,52
Гипсовая штукатурка0,35
Минеральная вата0,041

Чем выше λ, тем больше тепла уходит сквозь метровую толщину данной поверхности.

2. Определяют теплосопротивление каждой прослойки: R = v/ λ, где v – толщина строительного или теплоизоляционного материала.

3. Делают расчет теплопотерь каждого конструктивного элемента по формуле: Q = S*(Твн)/R, где:

  • Тн – температура на улице, °C;
  • Тв – температура внутри помещения,°C;
  • S – площадь, м2.

Разумеется, на протяжении отопительного периода погода бывает разной (к примеру, температура колеблется от 0 до -25°C), а дом обогревается до нужного уровня комфорта (допустим, до +20°C). Тогда разность (Твн) варьируется от 25 до 45.

Чтобы сделать расчет, нужна средняя разница температур за весь отопительный сезон. Для этого в СНиП 23-01-99 «Строительная климатология и геофизика» (таблица 1) находят среднюю температуру отопительного периода для конкретного города. Например, для Москвы этот показатель равен -26°. В этом случае средняя разница составляет 46°C. Для определения расхода тепла через каждую конструкцию складывают теплопотери всех ее слоев. Так, для стен учитывают штукатурку, кладочный материал, внешнюю теплоизоляцию, облицовку.

4. Считают итоговые потери тепла, определяя их как сумму Q внешних стен, пола, дверей, окон, перекрытий.

5. Вентиляция. К результату сложения добавляется от 10 до 40 % потерь на инфильтрацию (вентиляцию). Если установить в дом качественные стеклопакеты, а проветриванием не злоупотреблять, коэффициент инфильтрации можно принять за 0,1. В отдельных источниках указывается, что здание при этом вообще не теряет тепло, поскольку утечки компенсируются за счет солнечной радиации и бытовых тепловыделений.

Подсчет вручную

Исходные данные. Одноэтажный дом площадью 8х10 м, высотой 2,5 м. Стены толщиной 38 см сложены из керамического кирпича, изнутри отделаны слоем штукатурки (толщина 20 мм). Пол изготовлен из 30-миллиметровой обрезной доски, утеплен минватой (50 мм), обшит листами ДСП (8 мм). Здание имеет подвал, температура в котором зимой составляет 8°C. Потолок перекрыт деревянными щитами, утеплен минватой (толщина 150 мм). Дом имеет 4 окна 1,2х1 м, входную дубовую дверь 0,9х2х0,05 м.

Задание: определить общие теплопотери дома из расчета, что он находится в Московской области. Средняя разность температур в отопительный сезон – 46°C (как было сказано ранее). Помещение и подвал имеют разницу по температуре: 20 – 8 = 12°C.

1. Теплопотери через наружные стены.

Общая площадь (за вычетом окон и дверей): S = (8+10)*2*2,5 – 4*1,2*1 – 0,9*2 = 83,4 м2.

Определяется теплосопротивление кирпичной кладки и штукатурного слоя:

  • R клад. = 0,38/0,52 = 0,73 м2*°C/Вт.
  • R штук. = 0,02/0,35 = 0,06 м2*°C/Вт.
  • R общее = 0,73 + 0,06 = 0,79 м2*°C/Вт.
  • Теплопотери сквозь стены: Q ст = 83,4 * 46/0,79 = 4856,20 Вт.

2. Потери тепла через пол.

Общая площадь: S = 8*10 = 80 м2.

Вычисляется теплосопротивление трехслойного пола.

  • R доски = 0,03/0,14 = 0,21 м2*°C/Вт.
  • R ДСП = 0,008/0,15 = 0,05 м2*°C/Вт.
  • R утепл. = 0,05/0,041 = 1,22 м2*°C/Вт.
  • R общее = 0,03 + 0,05 + 1,22 = 1,3 м2*°C/Вт.

Подставляем значения величин в формулу для нахождения теплопотерь: Q пола = 80*12/1,3 = 738,46 Вт.

3. Потери тепла через потолок.

Площадь потолочной поверхности равна площади пола S = 80 м2.

Определяя теплосопротивление потолка, в данном случае не берут во внимание деревянные щиты: они закреплены с зазорами и не являются барьером для холода. Тепловое сопротивление потолка совпадает с соответствующим параметром утеплителя: R пот. = R утепл. = 0,15/0,041 = 3,766 м2*°C/Вт.

Величина теплопотерь сквозь потолок: Q пот. = 80*46/3,66 = 1005,46 Вт.

4. Теплопотери через окна.

Площадь остекления: S = 4*1,2*1 = 4,8 м2.

Для изготовления окон использован трехкамерный ПВХ профиль (занимает 10 % площади окна), а также двухкамерный стеклопакет с толщиной стекол 4 мм и расстоянием между стеклами 16 мм. Среди технических характеристик производитель указал тепловые сопротивления стеклопакета (R ст.п. = 0,4 м2*°C/Вт) и профиля (R проф. = 0,6 м2*°C/Вт). Учитывая размерную долю каждого конструктивного элемента, определяют среднее теплосопротивление окна:

  • R ок. = (R ст.п.*90 + R проф.*10)/100 = (0,4*90 + 0,6*10)/100 = 0,42 м2*°C/Вт.
  • На базе вычисленного результата считаются теплопотери через окна: Q ок. = 4,8*46/0,42 = 525,71 Вт.

Площадь двери S = 0,9*2 = 1,8 м2. Тепловое сопротивление R дв. = 0,05/0,14 = 0,36 м2*°C/Вт, а Q дв. = 1,8*46/0,36 = 230 Вт.

Итоговая сумма теплопотерь дома составляет: Q = 4856,20 Вт + 738,46 Вт + 1005,46 Вт + 525,71 Вт + 230 Вт = 7355,83 Вт. С учетом инфильтрации (10 %) потери увеличиваются: 7355,83*1,1 = 8091,41 Вт.

Чтобы безошибочно посчитать, сколько тепла теряет здание, используют онлайн калькулятор теплопотерь. Это компьютерная программа, в которую вводятся не только перечисленные выше данные, но и различные дополнительные факторы, влияющие на результат. Преимуществом калькулятора является не только точность расчетов, но и обширная база справочных данных.

Теплопотери дома, расчет теплопотерь.

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:

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).

  • 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

Материал и толщина стены

Сопротивление теплопередаче Rm.

Кирпичная стена
толщ. в 3 кирп. (79 сантиметров)
толщ. в 2.5 кирп. (67 сантиметров)
толщ. в 2 кирп. (54 сантиметров)
толщ. в 1 кирп. (25 сантиметров)

Сруб из бревна Ø 25
Ø 20

Толщ. 20 сантиметров
Толщ. 10 сантиметров

Каркасная стена (доска +
минвата + доска) 20 сантиметров

Стена из пенобетона 20 сантиметров
30 см

Штукатурка по кирпичу, бетону.
пенобетону (2-3 см)

Потолочное (чердачное) перекрытие

Двойные деревянные двери

Таблица тепловых потерь окон различных конструкций при ΔT = 50 °С (Тнар. = –30 °С. Твнутр. = 20 °С.)

Тип окна

RT

q. Вт/м2

Q. Вт

Обычное окно с двойными рамами

Стеклопакет (толщина стекла 4 мм)

4-6-4-6-4
4-Ar6-4-Ar6-4
4-6-4-6-4К
4-Ar6-4-Ar6-4К
4-8-4-8-4
4-Ar8-4-Ar8-4
4-8-4-8-4К
4-Ar8-4-Ar8-4К
4-10-4-10-4
4-Ar10-4-Ar10-4
4-10-4-10-4К
4-Ar10-4-Ar10-4К
4-12-4-12-4
4-Ar12-4-Ar12-4
4-12-4-12-4К
4-Ar12-4-Ar12-4К
4-16-4-16-4
4-Ar16-4-Ar16-4
4-16-4-16-4К
4-Ar16-4-Ar16-4К

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.

Характеристика
ограждения

Наружная
температура.
°С

Теплопотери. Вт

1 этаж

2 этаж

Угловая
комната

Неугл.
комната

Угловая
комната

Неугл.
комната

Стена в 2.5 кирпича (67 см)
с внутр. штукатуркой

Стена в 2 кирпича (54 см)
с внутр. штукатуркой

Рубленая стена (25 см)
с внутр. обшивкой

Рубленая стена (20 см)
с внутр. обшивкой

Стена из бруса (18 см)
с внутр. обшивкой

Стена из бруса (10 см)
с внутр. обшивкой

Каркасная стена (20 см)
с керамзитовымзаполнением

Стена из пенобетона (20 см)
с внутр. штукатуркой

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.

Характеристика ограждения

Наружная
температура. °С

Теплопотери.
кВт

Окно с двойным остеклением

Сплошные деревянные двери (двойные)

Деревянные полы над подвалом

Далее давайте разберем пример расчета тепловых потерь 2 различных комнат одной площади при помощи таблиц.

Пример 1.

Угловая комната (1 этаж)

  • 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.

Далее выполняем расчет площади теплоотдающих поверхностей.

  • Площадь наружных стен за вычетом окон: Sстен(5+3.2)х2.7-2х1.0х1.6 = 18.94 м 2 .
  • Площадь окон: Sокон = 2х1.0х1.6 = 3.2 м 2
  • Площадь пола: Sпола = 5х3.2 = 16 м 2
  • Площадь потолка: Sпотолка = 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:

  • Qстен = 18.94х89 = 1686 Вт.
  • Qокон = 3.2х135 = 432 Вт.
  • Qпола = 16х26 = 416 Вт.
  • Qпотолка = 16х35 = 560 Вт.

Суммарные теплопотери комнаты будут составлять: Qсуммарные = 3094 Вт.

Следует учитывать, что через стены улетучивается тепла куда больше чем через окна, полы и потолок.

Пример 2

Комната под крышей (мансарда)

  • 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.

Далее рассчитываем площади теплоотдающих поверхностей.

  • Площадь торцевых наружных стен за вычетом окон: Sторц.стен = 2х(2.4х3.8-0.9х0.6-2х1.6х0.8) = 12 м 2
  • Площадь скатов крыши, ограничивающих комнату: Sскатов.стен = 2х1.0х4.2 = 8.4 м 2
  • Площадь боковых перегородок: Sбок.перегор = 2х1.5х4.2 = 12.6 м 2
  • Площадь окон: Sокон = 4х1.6х1.0 = 6.4 м 2
  • Площадь потолка: Sпотолка = 2.6х4.2 = 10.92 м 2
Читайте также:  Монтаж водяного отопления: фото и правила установки радиаторов, расширительного бака, циркуляционного насоса и фильтра

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.

  • Qторц.стен = 12х89 = 1068 Вт.
  • Qскатов.стен = 8.4х142 = 1193 Вт.
  • Qбок.перегор = 12.6х126х0.7 = 1111 Вт.
  • Qокон = 6.4х135 = 864 Вт.
  • Qпотолка = 10.92х35х0.7 = 268 Вт.

Суммарные теплопотери комнаты составят: Qсуммарные = 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 (Тнар.=–20 °С. Твнутр.=20 °С.)


Слой стены

Толщина
слоя
стены

Сопротивление
теплопередаче слоя стены

Сопротивл.
Воздухопро­
ницаемости
эквивалентно
брусовой стене
толщиной
(см)

Ro.

Эквивалент
кирпичной
кладке
толщиной
(см)

Кирпичная кладка из обычного
глиняного кирпича толщиной:

12 сантиметров
25 сантиметров
50 сантиметров
75 сантиметров

Кладка из керамзитобетонных блоков
толщиной 39 см с плотностью:

1000 кг / м 3
1400 кг / м 3
1800 кг / м 3

Пено- газобетон толщиной 30 см
плотностью:

300 кг / м 3
500 кг / м 3
800 кг / м 3

Брусовал стена толщиной (сосна)

10 сантиметров
15 сантиметров
20 сантиметров

Для полной картины теплопотерь всего помещения нужно учитывать

  1. Потери тепла через контакт фундамента с мерзлым грунтом, как правило принимают 15% от потерь тепла через стены первого этажа (с учетом сложности расчета).
  2. 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%.
  3. 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.

Как рассчитать теплопотери дома

Помещения, в которых постоянно или временно находятся люди, должны сохранять определенную температуру соответственно санитарным нормам. Однако согласно законам физики, если за пределами здания температура отличается от той, что внутри помещений, система будет стремиться к равновесию, и помещение потеряет часть своего тепла. Иными словами, произойдут теплопотери, которые необходимо компенсировать за счет системы отопления. Давайте разберем, что это такое и какие расчеты нужно сделать, чтобы подобрать систему отопления.

Что такое теплопотери? Почему их нужно знать?

Теплопотери – это то количество тепла, которое теряют внутренние помещения через ограждающие перегородки, если температура за окном ниже той, которая должна поддерживаться внутри здания.

Необходимость расчета теплопотерь обусловлена задачей проектирования системы отопления, кондиционирования. От данного показателя зависит выбор климатической системы, мощности котельной, сечения труб, количества секций радиатора, применения системы теплый пол, других отопительных устройств.

Усредненные показатели имеет смысл использовать лишь тогда, когда к помещению не предъявляется строгих требований по поддержанию определенных постоянных температур. Остальные случаи, особенно когда речь идет о жилых, общественных строениях с постоянным пребыванием людей без верхней одежды, требуют произвести точный расчет показателя теплопотерь.

На сегодняшний день человечество озадачено проблемой рационального потребления ресурсов, особенно энергетических. Правильный расчет теплопотерь позволит определить наиболее рациональный путь организации системы отопления, чтобы помещение прогревалось до комфортной температуры, при этом энергопотребление не было избыточным.

Расчет потерь тепла

Для точного расчета теплопотерь потребуется подготовить исходные данные по конкретному объекту (объем, высота здания, его местоположение), а также нормативные документы, содержащие таблицы различных коэффициентов, показателей. Сначала рекомендуется рассчитать все составляющие формулы, записать данные, затем подставить данные формулы.

Основные формулы

Для расчета используется следующая формула:

  • а – поправочный коэффициент, который учитывает разницу между температурой воздуха снаружи (улица) определенной местности и температурой -30 о С, для которой обозначена характеристика qот;
  • V – объем здания по внешнему периметру;
  • qот — удельная характеристика отапливаемого помещения, которая обозначена при температуре снаружи -30 о С;
  • tв –температура воздуха внутри помещения;
  • tнр –температура снаружи конкретного местоположения (местности), в котором расположено здание;
  • Кир –коэффициент инфильтрации, определяемый тепловым, ветровым напором.

Из приведенных выше составляющих формулы к числу исходных данных относится объем помещения, поправочный коэффициент, удельную характеристику здания, расчетные температуры необходимо взять из документации, а коэффициент инфильтрации рассчитать по формуле:

g – ускорение свободного падения земли (9,8 м/с 2 );

L – высота строения;

wp — обусловленная данным регионом скорость ветра отопительного периода.

Необходимая документация

Часть данных необходимо взять в нормативной документации, рекомендуется скачать эти документы или найти их онлайн:

Методика определения количества тепловой энергии и теплоносителя […](1);

Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны (2);

Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях (3);

Строительная климатология (4).

Для удобства литература пронумерована. Далее соответствующая документация будет обозначаться сокращенно (например, Д3).

Исходные данные. Предварительные подсчеты

Рассмотрим расчет теплопотерь на примере административного здания города Омск. Высота здания – 9 метров. Объем здания по внешнему периметру – 8560 кубических метров.

В Таблице 3.1 – Климатические параметры холодного периода года (Д4) напротив соответствующего города находим 5-ую графу, температуру воздуха наиболее холодной пятидневки. Для Омска данный показатель равен – 37 о С.

В 20-й графе этой же таблицы находим скорость ветра данного города. Данный показатель составляет 2,8 м/с.

В пункте 1.2 (Д1) находим Таблицу 2, поправочный коэффициент а для жилых помещений. В таблице представлены коэффициенты температуры шагом 5 градусов, соответственно есть данные температуры — 35 о С (коэффициент 0,95), — 40 о С (коэффициент 0,9). Рассчитываем методом интерполяции коэффициент нашей температуры — 37 о С, получаем – 0,93.

Далее п.3 (Д3) находим Классификацию помещений и определяем категорию анализируемого помещения. Поскольку речь идет об административном здании, ему присваивается категория 3в (пространство пребывания большого количества людей без верхней одежды в положении стоя).

Таблица 3 (Д3) Допустимые, достаточные значения увлажненности воздуха, силы ветра, температурного режима гражданских помещений – находим показатель Температура (оптимальная) для нашего типа здания (3в). Показатель составляет 18-20 градусов. Выбираем наименьшую границу 18 о С.

Таблице 4 (Д1) Удельный показатель тепла культурно-образовательных, административных, лечебных зданий – находим соответствующий коэффициент, исходя из объема здания. Данный случай до 10 000 м 3 . Коэффициент составляет 0,38.

Все данные подготовлены:

Кир – необходимо рассчитать.

Далее можно просто подставить цифры формулы.

Итоговый расчет

Сначала рассчитываем коэффициент инфильтрации:

Кир = 10 -2 √[2*9,8*9(1 — —————) + 2,8 2 ] = 0,4

Qот = 0,93*8560*0,38*(18 – (-37))*(1 + 0,4)*10 -6 Гкал/час = 232933 *10 -6 Гкал/час = 0,232933 Гкал/час

Для большего понимания, посмотрите данное видео:

Укрупненный расчет

Выше описана методика точного подсчета теплопотерь, однако далеко не все используют данную формулу, зачастую обыватели довольствуются усредненными данными, уже посчитанными для помещения высотой потолков до 3 метров. Укрупненный расчет производят исходя из значения 100 Вт/1 квадратный метр помещения. Соответственно дома площадью 100 м 2 необходимо обеспечить отопительную систему мощностью примерно 10 000 Вт.

Подобные расчеты являются достаточно усредненными. Учитывая, что в нашей стране большая вариативность климатических зон, использовать такой расчет нецелесообразно. При недостаточной мощности, дом не будет достаточно хорошо прогреваться, а при избыточной — ресурсы будут расходоваться впустую.

Большие теплопотери дома? Как их снизить?

Зачастую владельцам частного жилья приходится сталкиваться с проблемой повышенных теплопотерь. Несмотря на то, что все расчеты были произведены соответственно нормативной документации, тепла коттеджа всегда не хватает. Это может быть связано с огрехами, допущенными при строительстве дома, установке стеклопакетов, системы кондиционирования, утепления стен.

Чаще всего причиной утечки тепла коттеджа может стать:

  • поврежденный во время монтажа или неправильно закрепленный утеплитель;
  • неэффективная работа радиаторов (радиаторы слишком близко расположены к стене, нагревают ограждающую перегородку);
  • проникновение холода через монтажные отверстия кондиционера или люки;
  • некачественно заделанные кладочные швы;
  • близкая укладка теплых полов к стене;
  • некачественный монтаж стеклопакетов.

Выявить подобные дефекты можно посредством термограммы. Термограмма показывает, какие участки ограждающей перегородки нагреваются сильнее, соответственно отдают больше тепла в окружающую среду.

Чтобы избежать подобных проблем, важно позаботиться о качестве монтажных работ, утепления коттеджа этапа строительства дома. Выбор материалов утепления, стеклопакетов, систем кондиционирования, радиаторов, систем теплых полов также определяет дальнейший уровень теплопотерь. Экономия строительных материалов может впоследствии стать причиной переплат на энергоресурсы.

Сокращению теплопотерь может способствовать правильно составленный архитектурный проект дома. Считается, что отапливать одноэтажный дом простой геометрии, ограниченным количеством углов — экономичнее. Также способствует экономии наличие рольставней окон, остекление южной стороны.

Расчёт теплопотерь частного дома с примерами

Чтобы ваш дом не оказался бездонной ямой для расходов на отопление, предлагаем изучить базовые направления теплотехнических изысканий и методологию расчётов. Без предварительного расчёта тепловой проницаемости и влагонакопления теряется вся суть жилищного строительства.

Физика теплотехнических процессов

Различные области физики имеют много схожего в описании явлений, которые ими изучаются. Так и в теплотехнике: принципы, описывающие термодинамические системы, наглядно перекликаются с основами электромагнетизма, гидродинамики и классической механики. В конце концов, речь идёт об описании одного и того же мира, поэтому не удивительно, что модели физических процессов характеризуются некоторыми общими чертами во многих областях исследований.

Суть тепловых явлений понять легко. Температура тела или степень его нагрева есть не что иное, как мера интенсивности колебаний элементарных частиц, из которых это тело состоит. Очевидно, что при столкновении двух частиц та, у которой энергетический уровень выше, будет передавать энергию частице с меньшей энергией, но никогда наоборот. Однако это не единственный путь обмена энергией, передача возможна также посредством квантов теплового излучения. При этом базовый принцип обязательно сохраняется: квант, излученный менее нагретым атомом, не в состоянии передать энергию более горячей элементарной частице. Он попросту отражается от неё и либо пропадает бесследно, либо передаёт свою энергию другому атому с меньшей энергией.

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

Понятие сопротивления теплопередаче

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

Сравнение энергоэффективности различных строительных материалов

Величиной, обратно пропорциональной тепловой проводимости, является термическое сопротивление. У каждого материала это свойство принимает уникальные значения в зависимости от структуры, формы, а также ряда прочих факторов. Например, эффективность передачи тепла в толще материалов и в зоне их контакта с другими средами могут отличаться, особенно если между материалами есть хотя бы минимальная прослойка вещества в другом агрегатном состоянии. Количественно термическое сопротивление выражается как разница температур, разделённая на мощность теплового потока:

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

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

Rt = l / (λ·S)

  • Rt — термическое сопротивление участка цепи, К/Вт;
  • l — длина участка тепловой цепи, м;
  • λ — коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м·К);
  • S — площадь поперечного сечения участка, м 2 .

Факторы, влияющие на теплопотери

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

Если рассматривать произвольный материал в разрезе, достаточно легко установить путь теплового потока как на микро-, так и на макроуровне. В качестве первой модели примем бетонную стену, в которой по технологической необходимости выполнены сквозные крепления стальными стержнями произвольного сечения. Сталь проводит тепло несколько лучше бетона, поэтому мы можем выделить три основных тепловых потока:

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

Теплопотери через мостики холода в бетоне

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

Читайте также:  Пусконаладочные работы системы отопления: как наладить систему отопления честного дома, опрессовка и регулировка

В пористых средах тепловые процессы протекают похожим образом. Практически все строительные материалы состоят из разветвлённой паутины твёрдого вещества, пространство между которым заполнено воздухом. Таким образом, основным проводником тепла служит твёрдый, плотный материал, но за счёт сложной структуры путь, по которому распространяется теплота, оказывается больше поперечного сечения. Таким образом, второй фактор, определяющий термическое сопротивление, это неоднородность каждого слоя и ограждающей конструкции в целом.

Уменьшение теплопотерь и смещение точки росы в утеплитель при наружном утеплении стены

Третьим фактором, влияющим на теплопроводность, мы можем назвать накопление влаги в порах. Вода имеет термическое сопротивление в 20–25 раз ниже, чем у воздуха, таким образом, если она наполняет поры, в целом теплопроводность материала становится даже выше, чем если бы пор вообще не было. При замерзании воды ситуация становится ещё хуже: теплопроводность может возрасти до 80 раз. Источником влаги, как правило, служит комнатный воздух и атмосферные осадки. Соответственно, три основных метода борьбы с таким явлением — это наружная гидроизоляция стен, использование парозащиты и расчёт влагонакопления, который обязательно производится параллельно прогнозированию теплопотерь.

Дифференцированные схемы расчёта

Простейший способ установить размер тепловых потерь здания — суммировать значения теплового потока через конструкции, которыми это здание образовано. Такая методика полностью учитывает разницу в структуре различных материалов, а также специфику теплового потока сквозь них и в узлах примыкания одной плоскости к другой. Такой дихотомический подход сильно упрощает задачу, ведь разные ограждающие конструкции могут существенно отличаться в устройстве систем теплозащиты. Соответственно, при раздельном исследовании определить сумму теплопотерь проще, ведь для этого предусмотрены различные способы вычислений:

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

Q = S · ( Δ T / Rt)

  • Q —тепловые потери, Вт;
  • S — площадь стен, м 2 ;
  • ΔT — разница температур внутри и снаружи помещения, ° С;
  • Rt — сопротивление теплопередаче, м 2 ·°С/Вт.

Пример расчёта

Прежде чем перейти к демонстрационному примеру, ответим на последний вопрос: как правильно рассчитать интегральное термическое сопротивление сложных многослойных конструкций? Это, конечно, можно сделать вручную, благо, что в современном строительстве используется не так много типов несущих оснований и систем утепления. Однако учесть при этом наличие декоративной отделки, интерьерной и фасадной штукатурки, а также влияние всех переходных процессов и прочих факторов достаточно сложно, лучше воспользоваться автоматизированными вычислениями. Один из лучших сетевых ресурсов для таких задач — smartcalc.ru, который дополнительно составляет диаграмму смещения точки росы в зависимости от климатических условий.

Для примера возьмём произвольное здание, изучив описание которого читатель сможет судить о наборе исходных данных, необходимых для расчёта. Имеется одноэтажный дом правильной прямоугольной формы размерами 8,5х10 м и высотой потолков 3,1 м, расположенный в Ленинградской области. В доме выполнен неутеплённый пол по грунту досками на лагах с воздушным зазором, высота пола на 0,15 м превышает отметку планирования грунта на участке. Материал стен — шлаковый монолит толщиной 42 см с внутренней цементно-известковой штукатуркой толщиной до 30 мм и наружной шлаково-цементной штукатуркой типа «шуба» толщиной до 50 мм. Общая площадь остекления — 9,5 м 2 , в качестве окон использован двухкамерный стеклопакет в теплосберегающем профиле с усреднённым термическим сопротивлением 0,32 м 2 ·°С/Вт. Перекрытие выполнено на деревянных балках: снизу оштукатурено по дранке, заполнено доменным шлаком и сверху укрыто глиняной стяжкой, над перекрытием — чердак холодного типа. Задача расчёта теплопотерь — формирование системы теплозащиты стен.

Первым делом определяются тепловые потери через пол. Поскольку их доля в общем оттоке тепла наименьшая, а также по причине большого числа переменных (плотность и тип грунта, глубина промерзания, массивность фундамента и т. д.), расчёт теплопотерь проводится по упрощённой методике с использованием приведённого сопротивления теплопередаче. По периметру здания, начиная от линии контакта с поверхностью земли, описывается четыре зоны — опоясывающих полосы шириной по 2 метра. Для каждой из зон принимается собственное значение приведённого сопротивления теплопередаче. В нашем случае имеется три зоны площадью по 74, 26 и 1 м 2 . Пусть вас не смущает общая сумма площадей зон, которая больше площади здания на 16 м 2 , причина тому — двойной пересчёт пересекающихся полос первой зоны в углах, где теплопотери значительно выше по сравнению с участками вдоль стен. Применяя значения сопротивления теплопередаче в 2,1, 4,3 и 8,6 м 2 ·°С/Вт для зон с первой по третью, мы определяем тепловой поток через каждую зону: 1,23, 0,21 и 0,05 кВт соответственно.

Используя данные о местности, а также материалы и толщину слоёв, которыми образованы стены, на упомянутом выше сервисе smartcalc.ru нужно заполнить соответствующие поля. По результатам расчёта сопротивление теплопередаче оказывается равным 1,13 м 2 ·°С/Вт, а тепловой поток через стену — 18,48 Вт на каждом квадратном метре. При общей площади стен (за вычетом остекления) в 105,2 м 2 общие теплопотери через стены составляют 1,95 кВт/ч. При этом потери тепла через окна составят 1,05 кВт.

Перекрытие и кровля

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

Итого суммарные теплопотери согласно расчётам составляют 7,2 кВт·ч. При достаточно низком качестве строительных конструкций здания этот показатель очевидно сильно ниже реального. На самом деле такой расчёт идеализирован, в нём не учтены специальные коэффициенты, продуваемость, конвекционная составляющая теплообмена, потери через вентиляцию и входные двери. В действительности, из-за некачественной установки окон, отсутствия защиты на примыкании кровли к мауэрлату и плохой гидроизоляции стен от фундамента реальные теплопотери могут быть в 2 или даже 3 раза больше расчётных. Тем не менее, даже базовые теплотехнические исследования помогают определиться, будут ли конструкции строящегося дома соответствовать санитарным нормам хотя бы в первом приближении.

Теплопотери дома

Напоследок дадим одну важную рекомендацию: если вы действительно хотите получить полное представление о тепловой физике конкретного здания, необходимо использовать понимание описанных в этом обзоре принципов и специальную литературу. Например, очень хорошим подспорьем в этом деле может стать справочное пособие Елены Малявиной «Теплопотери здания», где весьма подробно объяснена специфика теплотехнических процессов, даны ссылки на необходимые нормативные документы, а также приведены примеры расчётов и вся необходимая справочная информация.

Теплопотери в доме

Энергосбережение сейчас наиболее популярная тема в интернете. Еще бы, ведь экономить хочет каждый, а тем более в нынешних экономических условиях. Расчет потерь тепла при этом играет наиболее важную роль. Теплопотери в наиболее простом понимании это количество тепла, которое теряется помещением, домом или квартирой. Измеряются они в Вт. Возникают тепловые потери в доме из-за разницы внешних и внутренних температур воздуха.

В переходной и холодный период года температура на улицах падает, и возрастает разница температур внутреннего воздуха и воздуха на улице. И как уже мы упоминали, Второй закон термодинамики никто не отменял, поэтому тепло с ваших домов и квартир стремится его покинуть и обогреть холодную окружающую среду. Для снижения этих утрат тепла, делается утепление домов в различных видах от пенопласта и вентилируемых фасадов до современных теплоизоляционных материалов в виде шпаклевки. Главной же задачей в нашей профессии является поддержание в помещении комфортных параметров микроклимата. И в первую очередь, мы рассчитываем теплопотери для их компенсации.

Зачем делать расчет теплопотерь?

Когда же делают расчет потерь тепла в доме? Расчет теплопотерь обязателен при проектировании систем отопления, систем вентиляции, воздушных отопительных систем. Расчетные температуры берут из нормативных документов. Значение внешней температуры воздуха отвечает температуре наружного воздуха наиболее холодной пятидневки. Внутреннюю температуру берут или ту, которую желаете, или из норм, для жилых помещений это 20+-2°С.

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

Для обеспечения комфортных условий пребывания людей в помещении нужно чтобы было правдивым уравнение теплового баланса

Qп+ Qо+ Qс+ Qк= Qср+ Qос+ Qпр+ Qлюд,

где Qп–теплопотери через пол, Qо–теплопотери через окна, Qс–теплопотери через стену, Qк- теплопотери через крышу, Qср–теплопоступления от солнечной радиации, Qос–теплопоступления от отопительных систем, Qпр–теплопоступления от приборов, Qлюд–теплопоступления от людей.

На практике же, уравнение упрощается и все утраты компенсирует система отопления, независимо водяная или воздушная.

Расчет теплопотерь

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

где αв – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения, Вт/ м 2 · о С;
λі и δі – коэффициент теплопроводности для материала каждого слоя стены и толщина этого слоя в м;
αн – коэффициент теплоотдачи внешней поверхности ограждения, Вт/ м 2 · о с;

Коэффициенты α берутся из норм, и разные для стен и перекрытий.

Первым делом рассмотрим теплопотери через стены

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

Пример: Рассмотрим теплопотери сквозь кирпичную стену 510 мм с утеплителем минеральной ватой 100 мм и декоративным финишным шаром 30 мм. Внутренняя температура воздуха 22ºС, наружная -20ºС. Высотой пусть будет 3 м и длиной 4 м. В комнате одна внешняя стена, размещение на Юг, местность не ветреная, без внешних дверей. Для начала необходимо узнать коэффициенты теплопроводности этих материалов. Из размещенной выше таблицы узнаем: λк =0,58 Вт/мºС, λут =0,064 Вт/мºС, λшт =0,76 Вт/мºС. После этого рассчитывается термическое сопротивление ограждающей конструкции:

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

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

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

Далее идут тепловые потери сквозь окна

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

К теплопотерям через перекрытия относят отвод тепла через крышные и половые перекрытия. В основном это делается для квартир, где и пол и потолок представляет собой железобетонную плиту. На последнем этаже учитываются только потери сквозь потолок, а на первом лишь через подвальное перекрытие. Это обусловлено тем, что во всех квартирах принимается одинаковая температура воздуха, и теплоотдачу от квартиры к квартире не берут во внимание. Недавние исследования показали, что через не утепленные узлы примыкания перекрытий к ограждающим конструкциям идут большие потери тепла. Определение утечки тепла через перекрытие такое же как и для стены, но не учитываются дополнительные теплопотери. Коэффициент α берется другой: α вн =8,7 Вт/(м 2 ·К) α вн =6 Вт/(м 2 ·К), разница температур также, ведь в подвале или на крытом чердаке температура принимается в пределах 4-6ºС. Не будем расписывать расчет термического сопротивления для перекрытия, ведь он определяется по той же формуле Rст = 1/ αв + Σ ( δі / λі ) + 1/ α. Возьмем перекрытие с сопротивлением 4,95 и примем воздух на чердаке +4ºС, площадь потолка 3х4м, внутри 22ºС. Подставляем в формулу и получаем:Q=1/R·FΔt·n·β=1/4,95·12·18·0,9= 40 Вт.

Расчет потерь тепла через пол на грунте

Он немного сложнее нежели через перекрытие. Теплопотери рассчитываются по зонам. Зоной называют полосу пола шириной 2 м, параллельно внешней стене. Первая зона находится непосредственно возле стены, здесь происходит больше всего потерь тепла. За ней последуют вторая и другие зоны, до центра пола. Для каждой зоны рассчитывается свой коэффициент теплопередачи. Для упрощения вводится понятие удельного сопротивления: для первой зоны R1=2,15 (м 2 °С/Вт), для второй R2=4,3 (м 2 °С/Вт), для третьей R3=8,6 (м 2 °С/Вт)

Пример Есть комната в которой пол на грунте, размер пола 6х8 м Температуры все те же. Сначала разделим пол на зоны. У нас их получилось две. Находим площадь каждой зоны. У нас это 20 м2 для первой зоны и 8 м2 для второй. Затем задаемся условными сопротивлениями R1=2,15 (м 2 °С/Вт), R2=4,3 (м 2 °С/Вт), подставляем в формулу: Q=(F1/R1+F2/R2+F3/R3)(tвт — tвн)·n=(20/2,15+8/4,3)·42·1= 470 Вт.

Дополнительные теплопотери

Учитываются только для стен и окон, то есть конструкций которые напрямую соприкасаются с окружающей средой. Существует четыре вида дополнительных потерь тепла: на ориентацию, на ветреность, на количество стен и наличие внешних дверей. Выражаются они в процентах и в последствии переводятся в коэффициент дополнительных теплопотерь. Если помещение ориентированно на Север, Восток, Северо-Восток, Северо-Запад дополнительные потери тепла составляют 10%, когда на Юг, Запад, Юго-Запад, Юго-Восток, додаются 5%. Если здание находится в ветреной местности, додаются еще 10% тепловых потерь,а когда в защищенной от ветров местности только 5%. Если в помещении есть две внешние стены, то дополнительные потери составляют 5%, когда только одна — дополнительных потерь нет. Если в наружной стене есть дверь, можно рассчитать убыток сквозь нее, но проще добавить 60% если двери тройные, 80% когда двойные двери и 95% если они одинарные. Например: Комната имеет две внешние стены, размещенная в ветреной местности, одна стена выходит на Юг, вторая на Север, дверей нету. Тогда дополнительные потери составляют 10%+5% на ориентацию +10% на ветер +5% так как две стены. И того 30%, чтобы добавить их к основным теплопотерям нужно перевести в коэффициент β =30% + 100% =30/100 +1 =1,3 и подставляем в общую формулу.

Читайте также:  Как сделать самостоятельно печь на дровах длительного горения

Теплопотери на вентиляцию

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

где V — бьем помещения в м3, Δt — разница внешней и наружной температур.

Сума всех потерь тепла и составляет общие потери помещения.

Расчет тепловых потерь в программе Excel

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

Шаг 1

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

Шаг 2

Нужно заполнить исходные данные: номер помещения (если вам нужно), его название и температура внутри, название ограждающих конструкций и их ориентация, размеры конструкций. Вы увидите, что площадь считается сама. Если хотите отнимать площадь окна от стен, нужно корректировать формулы, так как мы не знаем где у вас будут записаны окна. У нас площади отнимаются. Также нужно заполнить коэффициент теплопередачи 1/R, разницу температур и поправочный коэффициент. К сожалению, их заполняют вручную. В примере у нас кабинет с тремя внешними стенами в одной стене два окна, в другой нет окон и третья имеет одно окно. Конструкции стен будет как в примере, где мы рассчитывали R, поесть к=1/R=1/2,64=0,38. Пол пусть будет на грунте и его поделим на зоны у нас их две и потери считаем для двух зон , тогда к1=1/2,15=0,47, к2=1/4,3=0,23. Окна пусть будут энергосберегающие Rо= 0,87 (м 2 °С/Вт), тогда к=1/0,87=1,14.

На картинке видно, что количество потерь тепла уже прорисовывается.

Шаг 3

К сожалению, также вручную заполняются и дополнительные потери. Вводить их нужно в процентах, программа сама в формуле переведет их на коэффициент. И так, для нашего примера: Стены 3 значит к каждой стене +5% теплопотерь, местность не веретенная поэтому +5% к каждому окну и стене, Ориентация на Юг +5% для конструкций, на Север и Восток +10%. Дверей внешних нет поэтому 0, но если бы были то суммировались бы проценты только к той стене в которой есть дверь. Напоминаем, что к полу или перекрытию дополнительные потери тепла не относятся.

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

Шаг 4

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

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

Заключение

Правильный расчет теплопотерь покажет, что вы профессионал своего дела. Ведь согласитесь, расчет потерь 100 Вт/м2 слегка преувеличен, а в некоторых случаях недостаточен. Поэтому потратьте на 15 минут больше времени и рассчитайте тепловые потери здания. Исходя из этого вы сможете не только спроектировать более чем комфортные условия пребывания людей, но и сэкономить заказчику немалые средства на эксплуатацию систем. А опыт показывает, что к таким проектировщикам обращаются чаще.

Как произвести расчет теплопотерь частного дома + формулы

Как произвести расчет теплопотерь частного дома + формулы

Чтобы ваш дом не был бездонной ямой для расходов на отопление, стоит изучить базовые направления тепловых технических изысканий и методы расчетов. Без заранее проведенного расчета тепловой проницаемости и накопления влаги теряется вся суть строительства домов. Предлагаем рассмотреть, как сделать расчет теплопотерь частного дома.

Разные области физики имеют много похожего в описании явлений, которыми ими изучаются. Все то же и в теплотехнике – принципы, которые описывают термодинамические системы, наглядно перекликаются с основами электрического магнетизма, классической механики и гидродинамики.

В конце концов, речь пойдет об описании одного и того же мира, и поэтому будет неудивительно, что модели процессов характеризуются определенными общими чертами в большинстве областей исследований.

Общие сведения

Теплотехнические процессы и их физика

Суть тепловых явлений понять несложно. Температура тела или степень нагревание будет ничем иным, как мера интенсивности колебаний элементарных частиц, их которых тело состоит. Понятно, что при столкновении двух частиц та, у которой выше энергетический уровень, будет отдавать энергию частице, у которой энергии меньше, но не наоборот. Но это не единственный путь обмена энергий, потому что передача возможна за счет квантов излучения тепла. При этом основной принцип обязательно сохранится – квант, излученный менее прогретым атомом, не в состоянии передавать энергию более горячим элементами частицам. Он просто отражается от нее и может бесследно пропасть, или же передать свою энергию второму атому, у которого меньше энергии.

Термодинамика прекрасна тем, что происходящие в ней процессы полностью наглядные, а еще могут быть интерпретированы под видом разных моделей. Главное, чтобы были соблюдены основные постулаты, к примеру, закон передачи энергии и равновесия термодинамического типа. Так что если ваше представление будет соответствовать таким правилам, то вы легко сможете понять методику теплотехнических расчетов от а до я.

Понятие сопротивления тепловой передачи

Способность тех или иных материалов передавать тепловую энергию называется тепловой проводимостью. Она всегда выше, нежели плотность вещества и тем лучше структура приспособлена для передачи колебаний кинетического типа. Величиной, которая обратно пропорциональная тепловой проводимости, будет сопротивление термического типа. У всех материалов свойство может принимать уникальные значения в зависимости от формы, структуры, а еще множество остальных факторов. К примеру, речь идет про эффективность тепловой передачи в толщу материалов и в зоне контакта с остальными средами способны отличаться, а особенно, если между материалами есть хотя бы маленькая прослойка вещества в ином агрегатном состоянии.

Формулы

Термические сопротивление количественно выражается в разнице температур, разделенной на мощность потока тепла:

  • Rt является сопротивление участка термического типа, измеряется в К/Вт;
  • T2 представляет собой температуру начала участка, измеряется в К;
  • T1 это температура конца участка, тоже измеряется в К;
  • P представляет собой поток тепла, обозначается как Вт.

Если говорить про расчет отопления частного дома, то термическое сопротивление будет играть определяющую роль. Любая конструкция ограждения может быть представлена как преграда плоскопараллельного типа на пути потока тепла. Ее общее сопротивление термического типа складывается из сопротивлений всех слоев по отдельно, и при этом все перегородки складываются в конструкции пространства, которая является зданием.

При этом в формуле:

  • Rt —сопротивление участка цепи термически, обозначается как К/Вт;
  • l — длина участка цепи тепла, измеряется в м;
  • λ — коэффициент тепловой проводимости материала, измеряется в Вт/(м·К);
  • S — площадь поперечного сечения участка, м 2 .

А теперь перейдем к рассмотрению факторов.

Факторы, которые влияют на тепловые потери

Процессы теплового типа прекрасно коррелируют с электротехническими – в роли напряжение будет выступать разница температур, и поток тепла можно рассмотреть, как токовую силу, а для сопротивления даже своего термина придумать не требуется. Еще в полной степени справедливо и понятие самого меньшего сопротивления, которое фигурирует в тепловой технике как мосты холода. Если рассмотреть произвольный материал в разрезе, хватит простой установку пути потока тепла как на макроуровне, и на микроуровне. В роли первой модели примем стену из бетона, в которой по технологической необходимости сделаны сквозные крепления стержнями из стали с произвольным сечением.

Сталь способна проводить тепло немного лучше бетона, и потому можно выделить 3 основных потока тепла:

  • Через бетонную толщу.
  • Через стержни стали.
  • От остальных стержней до бетона.

Модель последнего потока тепла самая интересная. Так как стальной стержень нагревается скорее, то ближе к наружной стороне стен наблюдается разница температур материалов. Таким образом, сталь не только способна «перекачивать» тепло наружу сама по себе, она тоже будет увеличивать проводимость тепла бетона, который прилегает рядом. В пористой среде тепловые процессы протекают также. Практически все стройматериалы сделаны из разветвленной паутины твердого вещества, а еще пространство между ними заполнено воздухом. Так, главным проводником тепла будет служить плотный и твердый материал, но за счет сложностей структуры путь, по которому распространяется тепло, будет больше, чем поперечное сечение. Так, второй фактор, который определяет термическое сопротивление, это то, что каждый слой неоднородный и имеет ограждающую конструкцию в целом.

Третий фактор, который влияет на тепловую проводимость, мы назовем накопление влаги внутри пор. Вода обладает термическим сопротивлением в 25 раз меньше, нежели у воздуха, и если она будет наполнять поры, и в целом тепловая проводимость материала станет даже выше, чем если бы вообще не было пор. При замерзании воды ситуация станет еще хуже – тепловая проводимость может увеличиться до 80 раз, а источником влаги обычно становится воздух внутри комнаты и осадки. Итак, три главные способы борьбы с подобным явлением будет наружная стеновая гидроизоляция, применение паровой защиты и расчет накопления влаги, который обязательно следует произвести параллельно прогнозированию потерь тепла.

Дифференцированные схемы расчетов

Самым простым методом для установления размера потерь тепла здания будет полное суммирование значений тепловых потоков через конструкции, которыми это здание будет оборудован. Такой метод полностью учитывает разницу в структуре разных материалов, а еще специфику потока тепла сквозь них, а еще в узлах примыкания единой плоскости к иной. Такой подход к расчету тепловых потерь дома сильно упростит задачу, потому что разные конструкцию ограждающего типа могут существенно отличаться в устройство систем тепловой защиты. получается, что при раздельном исследовании определит сумму тепловых потерь проще,

потому что для этого предусмотрены разные методы вычислений:

  1. Для стен утечки тепла по количеству будут равны общей площади, которая умножена на отношение разницы температур к сопротивлению. При этом следует взять во внимание стеновую ориентацию по сторонам света для учета прогревания в дневное время, а также продуваемость конструкций строительного типа.
  2. Для перекрытия способ тот же, но при этом будет учтено наличие чердачного помещения и режим использования. Еще за комнатную температуру можно применять значение на 4 градуса выше, а расчетная влажность тоже будет больше на 5-10%.
  3. Тепловые потери через пол считают зонально, и описывая пояса по всему периметру строения. Это связано с тем, что температура земли под полом куда выше около центра здания по сравнению с частью, где стоит фундамент.
  4. Поток тепла через остекление определяется паспортными данными оконных рам, а еще следует учесть тип примыкания окон к стене, а еще глубину откосов.

Дальше перейдем к примеру по расчету.

Пример расчетов тепловой потери

Перед тем, как продемонстрировать пример расчета, следует ответить на еще один вопрос – как правильно посчитать интегральное сопротивление термического типа сложных конструкций с большим числом слоев? Это возможно сделать вручную, к счастью, в современным строительстве применяется не так много видов несущих оснований и утеплительных систем. Но учесть при этом наличие декоративной отделки, фасадной и интерьерной штукатурки, а еще влияние всех процессов переходного типа и остальных факторов весьма сложно, и лучше использовать автоматизированные вычисления. Один из лучших ресурсов сетевого типа для подобных задач будет smаrtсаlс.ru, который дополнительно составит диаграмму смещения точки росы в зависимости от условий климата.

К примеру, возьмем произвольное строение. Это будет одноэтажный дом правильной прямоугольной формы с размером 8*10 метров и высотой потолков в 3 метра. В доме сделан неутепленный пол по грунтовке досками на лагах с зазорами воздуха, а высота пола на 0.15 метров больше отметки планирования земли на участке. Материалов стен будет шлаковый монолит с толщиной 0.42 метра с внутренней известково-цементной штукатуркой с толщиной до 3 см и наружной шлаково-цементной штукатурной смесью «шуба» с толщиной до 5 см. общая площадь остекления составляет 9.5 квадратных метров, и в роли окон применяют двухкамерный стекловой пакет в тепловом сберегающей профиле со средним сопротивлением термического типа в 0.32 м 2 *С/Вт. Перекрытие сделано на деревянных балках – снизу будет оштукатурено по дранке, заполнено шлаком и сверху покрыто глиняной стяжкой, над перекрытием – холодный чердак. Задача подсчета тепловых потерь будет формирование теплозащитной системы стеновых поверхностей.

Стены

Применяя данные про местность, а еще толщину и материалы слоев, которые использованы для стен, на упомянутом выше сервисе следует заполнит соответствующие поля. По результатам расчета сопротивление тепловой передачи оказывается равно 1.11 м 2 *С/Вт, а поток тепла через стены 18 Вт на всех квадратных метров. При общей стеновой площадки (за вычетом остекления) в 102 квадратных метра общие потери тепла через стены составляет 1.92 кВт/ч. При этом тепловые потери через окна составят 1 кВт.

Кровля и перекрытие

Формула расчета теплопотерь дома через чердачное перекрытие можно сделать в онлайн-калькуляторе, выбирая требуемый тип конструкций ограждения. В результате сопротивления перекрытия тепловой передачи составляет 0.6 м 2 *С/Вт, а тепловые потери составляет 31 Вт на квадратный метр, то есть 2.6 кВт со всей площади конструкции ограждения. Итогом будут суммарные потери тепла по расчетам 7 кВт*ч. При низком качестве конструкций строительного типа показатель очевидно сильно меньше настоящего.

На самом деле расчет идеализирован, и в нем не учтены особые коэффициенты, к примеру, продуваемость, составляющая теплового обмена конвекционного типа, а еще потери через входные двери и вентиляцию. В действительно, из-за установки окон низкого качества, отсутствия защиты на примыкании крыши к мауэрлату и ужасной гидроизоляции стен от фундамента настоящие тепловые потери могут быть в 2-3 раза больше расчетных. И все-таки даже основные теплотехнические исследования помогут определиться, будут ли конструкции дома соответствовать санитарным нормам.

Добавить комментарий