Идеальный дом: расчет теплопотерь дома. Расчетные теплопотери помещения по снип
Принято считать, что для средней полосы России мощность отопительных систем должна рассчитываться исходя из соотношения 1 кВт на 10 м 2 отапливаемой площади. Что говорится в СНиП и каковы реальные расчетные теплопотери домов, построенных из различных материалов?
СНиП указывает на то, какой дом можно считать, скажем так, правильным. Из него мы позаимствуем строительные нормы для Московского региона и сравним их с типичными домами, построенными из бруса, бревна, пенобетона, газобетона, кирпича и по каркасным технологиям.
Как должно быть по правилам (СНиП)
Однако взятые нами значения в 5400 градусо-суток для московского региона являются пограничными к значению 6000, по которому в соответствии со СНиПом сопротивление теплопередаче стен и кровли должно составлять 3,5 и 4,6 м 2 ·°С/Вт соответственно, что эквивалентно 130 и 170 мм минеральной ваты с коэффициентом теплопроводности λА=0,038 Вт/(м·°К).
Как в реальности
Зачастую люди строят «каркасники», бревенчатые, брусовые и каменные дома исходя из доступных материалов и технологий. Например, чтобы соответствовать СНиП, диаметр бревен сруба должен быть больше 70 см, но это абсурд! Потому чаще всего строят так, как удобнее или как больше нравится.
Для сравнительных расчетов мы воспользуемся удобным калькулятором теплопотерь, который расположен на сайте его автора. Для упрощения расчетов возьмем одноэтажное прямоугольное помещение со сторонами 10 х 10 метров. Одна стена глухая, на остальных по два небольших окна с двухкамерными стеклопакетами, плюс одна утепленная дверь. Крыша и потолок утеплены 150 мм каменной ваты, как наиболее типичный вариант.
Кроме теплопотерь через стены есть еще понятие инфильтрации – проникновения воздуха через стены, а также понятие бытового тепловыделения (от кухни, приборов и т.п.), которое по СНиП приравнивается к 21 Вт на м 2 . Но мы это учитывать сейчас не будем. Равно как и потери на вентиляцию, потому как это требует и вовсе отдельного разговора. Разница температур принята за 26 градусов (22 в помещении и -4 снаружи – как усредненное за отопительный сезон в московском регионе).
Итак, вот итоговая диаграмма сравнения теплопотерь домов из различных материалов :
Пиковые теплопотери рассчитаны для наружной температуры -25°С. Они показывают, какой максимальной мощности должна быть система отопления. «Дом по СНиП (3,5, 4,6, 0,6)» – это расчет исходя из более строгих требований СНиП к тепловому сопротивлению стен, кровли и пола, который применим к домам в чуть более северных регионах, нежели чем Московская область. Хотя, зачастую, могут применяться и к ней.
Главный вывод – если при строительстве вы руководствуетесь СНиП, то мощность отопления следует закладывать не 1 кВт на 10 м 2 , как принято считать, а на 25-30% меньше. И это еще без учета бытового тепловыделения. Однако соблюсти нормы не всегда получается, а детальный расчет отопительной системы лучше доверить квалифицированным инженерам.
Также вам может быть интересно
:
—
—
—
Ниже приведен довольно простой расчет теплопотерь зданий, который, тем не менее, поможет достаточно точно определить мощность, требуемую для отопления Вашего склада, торгового центра или другого аналогичного здания. Это даст возможность еще на стадии проектирования предварительно оценить стоимость отопительного оборудования и последующие затраты на отопление, и при необходимости скорректировать проект.
Куда уходит тепло? Тепло уходит через стены, пол, кровлю и окна. Кроме того тепло теряется при вентиляции помещений. Для вычисление теплопотерь через ограждающие конструкции используют формулу:
Q – теплопотери, Вт
S – площадь конструкции, м2
T – разница температур между внутренним и наружным воздухом, °C
R – значение теплового сопротивления конструкции, м2 °C/Вт
Схема расчета такая – рассчитываем теплопотери отдельных элементов, суммируем и добавляем потери тепла при вентиляции. Все.
Предположим мы хотим рассчитать потери тепла для объекта, изображенного на рисунке. Высота здания 5…6 м, ширина – 20 м, длинна – 40м, и тридцать окон размеров 1,5 х 1,4 метра. Температура в помещении 20 °С, внешняя температура -20 °С.
Считаем площади ограждающих конструкций:
пол: 20 м * 40 м = 800 м2
кровля: 20,2 м * 40 м = 808 м2
окна: 1,5 м * 1,4 м * 30 шт = 63 м2
стены: (20 м + 40 м + 20 м + 40м) * 5 м = 600 м2 + 20 м2 (учет скатной кровли) = 620 м2 – 63 м2 (окна) = 557 м2
Теперь посмотрим тепловое сопротивление используемых материалов.
Значение теплового сопротивления можно взять из таблицы тепловых сопротивлений или вычислить исходя из значения коэффициента теплопроводности по формуле:
R – тепловое сопротивление, (м2*К)/Вт
? – коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м2*К)
d – толщина материала, м
Значение коэффициентов теплопроводности для разных материалов можно посмотреть .
пол: бетонная стяжка 10 см и минеральная вата плотностью 150 кг/м3. толщиной 10 см.
R (бетон) = 0.1 / 1,75 = 0,057 (м2*К)/Вт
R (минвата) = 0.1 / 0,037 = 2,7 (м2*К)/Вт
R (пола) = R (бетон) + R (минвата) = 0,057 + 2,7 = 2,76 (м2*К)/Вт
кровля:
R (кровля) = 0.15 / 0,037 = 4,05 (м2*К)/Вт
окна:
значение теплового сопротивления окон зависит от вида используемого стеклопакета
R (окна) = 0,40 (м2*К)/Вт для однокамерного стекловакета 4–16–4 при?T = 40 °С
стены:
панели из минеральной ваты толщиной 15 см
R (стены) = 0.15 / 0,037 = 4,05 (м2*К)/Вт
Посчитаем тепловые потери:
Q (пол) = 800 м2 * 20 °С / 2,76 (м2*К)/Вт = 5797 Вт = 5,8 кВт
Q (кровля) = 808 м2 * 40 °С / 4,05 (м2*К)/Вт = 7980 Вт = 8,0 кВт
Q (окна) = 63 м2 * 40 °С / 0,40 (м2*К)/Вт = 6300 Вт = 6,3 кВт
Q (стены) = 557 м2 * 40 °С / 4,05 (м2*К)/Вт = 5500 Вт = 5,5 кВт
Получаем, что суммарные теплопотери через ограждающие конструкции составят:
Q (общая) = 5,8 + 8,0 + 6,3 + 5,5 = 25,6 кВт / ч
Теперь о потерях на вентиляцию.
Для нагрева 1 м3 воздуха с температуры – 20 °С до + 20 °С потребуется 15,5 Вт.
Q(1 м3 воздуха) = 1,4 * 1,0 * 40 / 3,6 = 15,5 Вт, здесь 1,4 – плотность воздуха (кг/м3), 1,0 – удельная теплоёмкость воздуха (кДж/(кг К)), 3,6 – коэффициент перевода в ватты.
Осталось определиться с количеством необходимого воздуха. Считается, что при нормальном дыхании человеку нужно 7 м3 воздуха в час. Если Вы используете здание как склад и на нем работают 40 человек, то вам нужно нагревать 7 м3 * 40 чел = 280 м3 воздуха в час, на это потребуется 280 м3 * 15,5 Вт = 4340 Вт = 4,3 кВт. А если у Вас будет супермаркет и в среднем на территории находится 400 человек, то нагрев воздуха потребует 43 кВт.
Итоговый результат:
Для отопления предложенного здания необходима система отопления порядка 30 кВт/ч, и система вентиляции производительностью 3000 м3 /ч с нагревателем мощность 45 кВт/ч.
На сегодняшний день теплосбережение является важным параметром, который учитывается при сооружении жилого или офисного помещения. В соответствии со СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», сопротивление теплоотдаче рассчитывается по одному из двух альтернативных подходов:
- Предписывающему;
- Потребительскому.
Для расчета систем отопления дома, вы можете воспользоваться калькулятором расчета отопления, теплопотерь дома .
Предписывающий подход - это нормы, предъявляемые к отдельным элементам теплозащиты здания: наружным стенам, полам над не отапливаемым пространствами, покрытиям и чердачным перекрытиям, окнам, входным дверям и т.д.
Потребительский подход (сопротивление теплопередаче может быть снижено по отношению к предписывающему уровню при условии, что проектный удельный расход тепловой энергии на отопление помещения ниже нормативного).
Санитарно-гигиенические требования:
- Перепад между температурами воздуха внутри помещения и снаружи не должен превышать определенных допустимых значений. Максимальные допустимые значения перепада температур для наружной стены 4°С. для покрытия и чердачного перекрытия 3°С и для перекрытия над подвалами и подпольями 2°С.
- Температура на внутренней поверхности ограждения должна быть выше температуры точки росы.
К примеру : для Москвы и московской области необходимое теплотехническое сопротивление стены по потребительскому подходу составляет 1.97 °С· м 2 /Вт, а по предписывающему подходу:
- для дома постоянного проживания 3.13 °С· м 2 / Вт.
- для административных и прочих общественных зданий, в том числе сооружений сезонного проживания 2.55 °С· м 2 / Вт.
По этой причине, выбирая котел либо другие нагревательные приборы исключительно по указанным в их технической документации параметрам. Вы должны спросить у себя, построен ли ваш дом со строгим учетом требований СНиП 23-02-2003.
Следовательно, для правильного выбора мощности котла отопления либо нагревательных приборов, необходимо рассчитать реальные теплопотери вашего дома . Как правило, жилой дом теряет тепло через стены, крышу, окна, землю, так же существенные потери тепла могут приходиться на вентиляцию.
Теплопотери в основном зависят от:
- разницы температур в доме и на улице (чем выше разница, тем выше потери).
- теплозащитных характеристик стен, окон, перекрытий, покрытий.
Стены, окна, перекрытия, имеют определенное сопротивление утечкам тепла, теплозащитные свойства материалов оценивают величиной, которая называется сопротивлением теплопередачи .
Сопротивление теплопередачи покажет, какое количество тепла просочится через квадратный метр конструкции при заданном перепаде температур. Можно сформулировать этот вопрос по другому: какой перепад температур будет возникать при прохождении определенного количества тепла через квадратный метр ограждений.
R = ΔT/q.
- q - это количество тепла, которое уходит через квадратный метр поверхности стены или окна. Это количество тепла измеряют в ваттах на квадратный метр (Вт/ м 2);
- ΔT - это разница между температурой на улице и в комнате (°С);
- R - это сопротивление теплопередачи (°С/ Вт/ м 2 или °С· м 2 / Вт).
В случаях, когда речь идет о многослойной конструкции, то сопротивление слоев просто суммируется. К примеру, сопротивление стены из дерева, которая обложена кирпичом, является суммой трех сопротивлений: кирпичной и деревянной стенки и воздушной прослойки между ними:
R(сумм.)= R(дерев.) + R(воз.) + R(кирп.)
Распределение температуры и пограничные слои воздуха при передаче тепла через стену.
Расчет теплопотерь выполняется для самого холодного периода года периода, коим является самая морозная и ветреная неделя в году. В строительной литературе, зачастую, указывают тепловое сопротивление материалов исходя из данного условия и климатического района (либо наружной температуры), где находится ваш дом.
Таблица сопротивления теплопередачи различных материалов
при ΔT = 50 °С (Т нар. = -30 °С. Т внутр. = 20 °С.)
|
Материал и толщина стены |
Сопротивление теплопередаче R m
.
|
|
Кирпичная стена |
0.592 |
|
Сруб из бревна Ø 25 |
0.550 |
|
Сруб из бруса Толщ. 20 сантиметров |
0.806 |
|
Каркасная стена (доска + |
|
|
Стена из пенобетона 20 сантиметров |
0.476 |
|
Штукатурка по кирпичу, бетону. |
|
|
Потолочное (чердачное) перекрытие |
|
|
Деревянные полы |
|
|
Двойные деревянные двери |
Таблица тепловых потерь окон различных конструкций при ΔT = 50 °С (Т нар. = -30 °С. Т внутр. = 20 °С.)
|
Примечание
. Четные цифры в условном обозначении стеклопакета указывают на воздушный
зазор в миллиметрах;
. Буквы Ar означают, что зазор заполнен не воздухом, а аргоном;
. Буква К означает, что наружное стекло имеет специальное прозрачное
теплозащитное покрытие.
Как видно из вышеуказанной таблицы, современные стеклопакеты дают возможность сократить теплопотери окна почти в 2 раза. К примеру, для 10 окон размером 1.0 м х 1.6 м экономия может достигать в месяц до 720 киловатт-часов.
Для правильного выбора материалов и толщины стен применим эти сведения к конкретному примеру.
В расчете тепловых потерь на один м 2 участвуют две величины:
- перепад температур ΔT.
- сопротивления теплопередаче R.
Допустим температура в помещении будет составлять 20 °С. а наружная температура будет равной -30 °С. В таком случае перепад температур ΔT будет равен 50 °С. Стены изготовлены из бруса толщиной 20 сантиметров, тогда R= 0.806 °С· м 2 / Вт.
Тепловые потери будут составлять 50 / 0.806 = 62 (Вт/ м 2).
Для упрощения расчетов теплопотерь в строительных справочниках указывают теплопотери различного вида стен, перекрытий и т.д. для некоторых значений зимней температуры воздуха. Как правило, приводятся различные цифры для угловых помещений (там влияет завихрение воздуха, отекающего дом) и неугловых , а также учитывается разница в температур для помещений первого и верхнего этажа.
Таблица удельных теплопотерь элементов ограждения здания (на 1 м 2 по внутреннему контуру стен) в зависимости от средней температуры самой холодной недели в году.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Примечание. В случае когда за стеной находится наружное неотапливаемое помещение (сени, остекленная веранда и т.п.), то потери тепла через нее будут составлять 70% от расчетных, а если за этим неотапливаемым помещением находится еще одно наружное помещение то потери тепла будут составлять 40% от расчетного значения.
Таблица удельных теплопотерь элементов ограждения здания (на 1 м 2 по внутреннему контуру) в зависимости от средней температуры самой холодной недели в году.
Пример 1.
Угловая комната (1 этаж)
Характеристики комнаты:
- 1 этаж.
- площадь комнаты - 16 м 2 (5х3.2).
- высота потолка - 2.75 м.
- наружных стен - две.
- материал и толщина наружных стен - брус толщиной 18 сантиметров обшит гипсокартонном и оклеен обоями.
- окна - два (высота 1.6 м. ширина 1.0 м) с двойным остеклением.
- полы - деревянные утепленные. снизу подвал.
- выше чердачное перекрытие.
- расчетная наружная температура -30 °С.
- требуемая температура в комнате +20 °С.
- Площадь наружных стен за вычетом окон: S стен (5+3.2)х2.7-2х1.0х1.6 = 18.94 м 2 .
- Площадь окон: S окон = 2х1.0х1.6 = 3.2 м 2
- Площадь пола: S пола = 5х3.2 = 16 м 2
- Площадь потолка: S потолка = 5х3.2 = 16 м 2
Площадь внутренних перегородок в расчете не участвует, так как по обе стороны перегородки температура одинакова, следовательно через перегородки тепло не уходит.
Теперь Выполним расчет теплопотери каждой из поверхностей:
- Q стен = 18.94х89 = 1686 Вт.
- Q окон = 3.2х135 = 432 Вт.
- Q пола = 16х26 = 416 Вт.
- Q потолка = 16х35 = 560 Вт.
Суммарные теплопотери комнаты будут составлять: Q суммарные = 3094 Вт.
Следует учитывать, что через стены улетучивается тепла куда больше чем через окна, полы и потолок.
Пример 2
Комната под крышей (мансарда)
Характеристики комнаты:
- этаж верхний.
- площадь 16 м 2 (3.8х4.2).
- высота потолка 2.4 м.
- наружные стены; два ската крыши (шифер, сплошная обрешетка. 10 саниметров минваты, вагонка). фронтоны (брус толщиной 10 саниметров обшитый вагонкой) и боковые перегородки (каркасная стена с керамзитовым заполнением 10 саниметров).
- окна - 4 (по два на каждом фронтоне), высотой 1.6 м и шириной 1.0 м с двойным остеклением.
- расчетная наружная температура -30°С.
- требуемая температура в комнате +20°С.
- Площадь торцевых наружных стен за вычетом окон: S торц.стен = 2х(2.4х3.8-0.9х0.6-2х1.6х0.8) = 12 м 2
- Площадь скатов крыши, ограничивающих комнату: S скатов.стен = 2х1.0х4.2 = 8.4 м 2
- Площадь боковых перегородок: S бок.перегор = 2х1.5х4.2 = 12.6 м 2
- Площадь окон: S окон = 4х1.6х1.0 = 6.4 м 2
- Площадь потолка: S потолка = 2.6х4.2 = 10.92 м 2
Далее рассчитаем тепловые потери этих поверхностей, при этом необходимо учесть, что через пол в данном случае тепло не будет уходить, так как внизу расположено теплое помещение. Теплопотери для стен рассчитываем как для угловых помещений, а для потолка и боковых перегородок вводим 70-процентный коэффициент, так как за ними располагаются неотапливаемые помещения.
- Q торц.стен = 12х89 = 1068 Вт.
- Q скатов.стен = 8.4х142 = 1193 Вт.
- Q бок.перегор = 12.6х126х0.7 = 1111 Вт.
- Q окон = 6.4х135 = 864 Вт.
- Q потолка = 10.92х35х0.7 = 268 Вт.
Суммарные теплопотери комнаты составят: Q суммарные = 4504 Вт.
Как мы видим, теплая комната 1 этажа теряет (либо потребляет) значительно меньше тепла, чем мансардная комната с тонкими стенками и большой площадью остекления.
Чтобы данное помещение сделать пригодным для зимнего проживания, необходимо в первую очередь утеплять стены, боковые перегородки и окна.
Любая ограждающая поверхность может быть представлена в виде многослойной стены, каждый слой которой имеет собственное тепловое сопротивление и собственное сопротивление прохождению воздуха. Суммировав тепловое сопротивление всех слоев, мы получим тепловое сопротивление всей стены. Также ели просуммировать сопротивление прохождению воздуха всех слоев, можно понять, как дышит стена. Самая лучшая стена из бруса должна быть эквивалентна стене из бруса толщиной 15 - 20 антиметров. Приведенная далее таблица поможет в этом.
Таблица сопротивления теплопередаче и прохождению воздуха различных материалов ΔT=40 °С (Т нар. =-20 °С. Т внутр. =20 °С.)
|
|
Толщина |
Сопротивление |
Сопротивл. |
|
|
Эквивалент |
||||
|
Кирпичная кладка из обычного 12 сантиметров |
12 |
0.15 |
12 |
6 |
|
Кладка из керамзитобетонных блоков 1000 кг / м 3 |
1.0 |
75 |
17 |
|
|
Пено- газобетон толщиной 30 см 300 кг / м 3 |
2.5 |
190 |
7 |
|
|
Брусовал стена толщиной (сосна) 10 сантиметров |
10 |
0.6 |
45 |
10 |
Для полной картины теплопотерь всего помещения нужно учитывать
- Потери тепла через контакт фундамента с мерзлым грунтом, как правило принимают 15% от потерь тепла через стены первого этажа (с учетом сложности расчета).
- Потери тепла, которые связаны с вентиляцией. Данные потери рассчитываются с учетом строительных норм (СНиП). Для жилого дома требуется около одного воздухообмена в час, то есть за это время необходимо подать тот же объём свежего воздуха. Таким образом, потери которые связаны с вентиляцией будут составлять немного меньше чем сумма теплопотерь приходящиеся на ограждающие конструкции. Выходит, что теплопотери через стены и остекление составляет только 40%, а теплопотери на вентиляцию 50%. В европейских нормах вентиляции и утепления стен, соотношение теплопотерь составляют 30% и 60%.
- Если стена «дышит», как стена из бруса или бревна толщиной 15 - 20 сантиметров то происходит возврат тепла. Это позволяет снизить тепловые потери на 30%. поэтому полученную при расчете величину теплового сопротивления стены необходимо умножить на 1.3 (или соответственно уменьшить теплопотери ).
Суммировав все теплопотери дома, Вы сможете понять какой мощности котел и отопительные приборы необходимы для комфортного обогрева дома в самые холодные и ветряные дни. Также, подобные расчеты покажут, где «слабое звено» и как его исключить с помощью дополнительной изоляции.
Выполнить расчет расхода тепла можно и по укрупненным показателям. Так, в 1-2 этажных не очень утепленных домах при наружной температуре -25 °С необходимо 213 Вт на 1 м 2 общей площади, а при -30 °С - 230 Вт. Для хорошо утепленных домов - этот показатель будет составлять: при -25 °С - 173 Вт на м 2 общей площади, а при -30 °С - 177 Вт.
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.
Сегодня многие семьи выбирают для себя загородный дом как место постоянного проживания или круглогодичного отдыха. Однако его содержание, и в особенности оплата коммунальных услуг, - довольно затратны, при этом большинство домовладельцев - вовсе не олигархи. Одна из наиболее значительных статей расхода для любого домовладельца - это расходы на отопление. Чтобы минимизировать их, необходимо ещё на стадии строительства коттеджа задуматься об энергосбережении. Рассмотрим этот вопрос более подробно.
«О проблемах энергетической эффективности жилья обычно вспоминают в ракурсе городского ЖКХ, однако владельцам индивидуальных домов эта тема подчас гораздо ближе, - считает Сергей Якубов , заместитель директора по продажам и маркетингу , ведущего производителя кровельных и фасадных систем в России. - Расходы на отопление дома могут составлять гораздо больше половины стоимости его содержания в холодное время года и достигают порой десятков тысяч рублей. Однако при грамотном подходе к теплоизоляции жилого дома эту сумму можно существенно сократить ».
Собственно, отапливать дом нужно для того, чтобы постоянно поддерживать в нём комфортную температуру, независимо от того, что творится на улице. При этом нужно учитывать теплопотери как через ограждающие конструкции, так и через вентиляцию, т.к. тепло уходит вместе с нагретым воздухом, взамен которого поступает охлаждённый, а также тот факт, что некоторое количество тепла выделяют люди, находящиеся в доме, бытовая техника, лампы накаливания и т.п.
Чтобы понять, сколько тепла мы должны получить от своей системы отопления и сколько денег на это придётся потратить, попробуем оценить вклад каждого из прочих факторов в тепловой баланс на примере расположенного в Московской области кирпичного двухэтажного дома с общей площадью помещений 150 м2 (для упрощения вычислений мы считали, что размеры коттеджа в плане примерно 8,7х8,7 м и он имеет 2 этажа высотой по 2,5 м).
Теплопотери через ограждающие конструкции (кровлю, стены, пол)
Интенсивность теплопотерь определяется двумя факторами: разницей температур внутри и снаружи дома и сопротивлением его ограждающих конструкций теплопередаче. Разделив разницу температур Δt на коэффициент сопротивления теплопередаче Ro стен, кровли, пола, окон и дверей и умножив на площадь S их поверхности, можно вычислить интенсивность теплопотерь Q:
Q = (Δt/R o)*S
Разница температур Δt - величина непостоянная, она меняется от сезона к сезону, в течение дня, в зависимости от погоды и т.д. Однако нашу задачу упрощает то обстоятельство, что нам необходимо оценить потребность в тепле суммарно за год. Поэтому для приближённого расчёта мы вполне можем использовать такой показатель, как среднегодовая температура воздуха для выбранной местности. Для Московской области это +5,8°C. Если принять за комфортную температуру в доме +23°C, то наша усреднённая разница составит
Δt = 23°C - 5,8°C = 17,2°C
Стены. Площадь стен нашего дома (2 квадратных этажа 8,7х8,7 м высотой 2,5 м) будет примерно равна
S = 8,7 * 8,7 * 2,5 * 2 = 175 м 2
Однако из этого нужно вычесть площадь окон и дверей, для которых мы рассчитаем теплопотери отдельно. Предположим, что входная дверь у нас одна, стандартного размера 900х2000 мм, т.е. площадью
S двери = 0,9 * 2 = 1,8 м 2 ,
а окон - 16 штук (по 2 на каждой стороне дома на обоих этажах) размером 1500х1500 мм, суммарная площадь которых составит
S окон = 1,5 * 1,5 * 16 = 36 м 2 .
Итого - 37,8 м 2 . Оставшаяся площадь кирпичных стен -
S стен = 175 - 37,8 = 137,2 м 2 .
Коэффициент сопротивления теплопередаче стены в 2 кирпича равен 0,405 м2°C/Вт. Для простоты пренебрежём сопротивлением теплопередаче слоя штукатурки, покрывающей стены дома изнутри. Таким образом, тепловыделение всех стен дома составит:
Q стен = (17,2°C / 0,405м 2 °C/Вт) * 137,2 м 2 = 5,83 кВт
Кровля. Для простоты расчётов будем считать, что сопротивление теплопередаче кровельного пирога равно сопротивлению теплопередаче слоя утеплителя. Для лёгкой минераловатной теплоизоляции толщиной 50-100 мм, чаще всего применяемой для утепления кровель, оно примерно равно 1,7 м 2 °C/Вт. Сопротивлением теплопередаче чердачного перекрытия пренебрежём: допустим, что в доме есть мансарда, которая сообщается с другими помещениями и между всеми ними тепло распределяется равномерно.
Площадь двускатной кровли при уклоне в 30° составит
S кровли = 2 * 8,7 * 8,7 / Cos30° = 87 м 2 .
Таким образом, её тепловыделение составит:
Q кровли = (17,2°C / 1,7м 2 °C/Вт) * 87 м 2 = 0,88 кВт
Пол. Сопротивление теплопередаче деревянного пола - примерно 1,85 м2°C/Вт. Произведя аналогичные расчёты, получим тепловыделение:
Q пола = (17,2°C / 1,85м 2 °C/Вт) * 75 2 = 0,7 кВт
Двери и окна. Их сопротивление теплопередаче приблизительно равно соответственно 0,21 м 2 °C/Вт (двойная деревянная дверь) и 0,5 м 2 °C/Вт (обычный двухкамерный стеклопакет, без дополнительных энергоэффективных «примочек»). В итоге получим тепловыделение:
Q двери = (17,2°C / 0,21Вт/м 2 °C) * 1,8м 2 = 0,15 кВт
Q окна = (17,2°C / 0,5м 2 °C/Вт) * 36м 2 = 1,25 кВт
Вентиляция. По строительным нормам коэффициент воздухообмена для жилого помещения должен быть не менее 0,5, а лучше - 1, т.е. за час воздух в помещении должен обновляться полностью. Таким образом, при высоте потолков 2,5 м - это примерно 2,5 м 3 воздуха в час на квадратный метр площади. Этот воздух необходимо нагреть от уличной температуры (+5,8°C) до температуры помещения (+23°C).
Удельная теплоёмкость воздуха - это количество теплоты, необходимое для повышения температуры 1 кг вещества на 1°C - равна примерно 1,01 кДж/кг°C. При этом плотность воздуха в интересующем нас диапазоне температур составляет примерно 1,25 кг/м 3 , т.е. масса 1 его кубометра равна 1,25 кг. Таким образом, для нагрева воздуха на 23-5,8=17,2°C на каждый квадратный метр площади потребуется:
1,01 кДж/кг°C * 1,25 кг/м 3 * 2,5 м 3 /час * 17,2°C = 54,3 кДж/час
Для дома площадью 150 м2 это будет:
54,3 * 150 = 8145 кДж/час = 2,26 кВт
| Теплопотери через | Разница температур, °C | Площадь, м2 |
Сопротивление теплопередаче, м2°C/Вт |
Теплопотери, кВт |
|
Стены |
17,2 |
175 |
0,41 |
5,83 |
|
Кровля |
17,2 |
87 |
1,7 |
0,88 |
|
Пол |
17,2 |
75 |
1,85 |
0,7 |
|
Двери |
17,2 |
1,8 |
0,21 |
0,15 |
|
Окна |
17,2 |
36 |
0,5 |
0,24 |
|
Вентиляция |
17,2 |
- |
- |
2,26 |
|
Итого: |
|
|
|
11,06 |
Сейчас надышим!
Предположим, что в доме живёт семья из двоих взрослых с двумя детьми. Норма питания взрослого человека - 2600-3000 калорий в сутки, что эквивалентно мощности тепловыделения в 126 Вт. Тепловыделение ребёнка будем оценивать в половину тепловыделения взрослого. Если все обитали дома находятся в нём 2/3 всего времени, то получим:
(2*126 + 2*126/2)*2/3 = 252 Вт
Допустим, что в доме 5 комнат, освещённых обыкновенными лампами накаливания мощностью 60 Вт (не энергосберегающими), по 3 на комнату, которые включены в среднем по 6 часов в сутки (т.е. 1/4 всего времени). Примерно 85% потребляемой лампой мощности превращается в тепло. Итого получим:
5*60*3*0,85*1/4 = 191 Вт
Холодильник - очень эффективный нагревательный прибор. Его тепловыделение - 30% от максимальной потребляемой мощности, т.е. 750 Вт.
Другая бытовая техника (пусть это будут стиральная и посудомоечная машины) выделяет в виде тепла около 30% максимальной потребляемой мощности. Средняя мощность указанных приборов - 2,5 Квт, работают они примерно по 2 часа в сутки. Итого получим 125 Вт.
Стандартная электроплита с духовкой имеет мощность примерно в 11 кВт, однако встроенный ограничитель регулирует работу нагревательных элементов таким образом, чтобы их одновременное потребление не превышало 6 кВт. Впрочем, вряд ли мы когда-то используем больше, чем половину конфорок одновременно или сразу все тэны духовки. Поэтому будем исходить из того, что средняя рабочая мощность плиты - примерно 3 кВт. Если она работает часа 3 в день, то получим тепла 375 Вт.
Каждый компьютер (а их в доме 2) выделяет примерно 300 Вт тепла и работает 4 часа в сутки. Итого - 100 Вт.
Телевизор - это 200 Вт и 6 часов в сутки, т.е. на круг - 50 Вт.
В сумме получаем: 1,84 кВт .
Теперь вычислим требуемую тепловую мощность системы отопления:
Q отопления = 11,06 - 1,84 = 9,22 кВт
Расходы на отопление
Собственно, выше мы вычислили мощность, которая будет необходима для нагрева теплоносителя. А греть его мы будем, естественно, с помощью котла. Таким образом, расходы на отопление - это расходы на топливо для этого котла. Поскольку мы рассматриваем самый общий случай, то сделаем расчёт для наиболее универсального жидкого (дизельного) топлива, т.к. газовые магистрали есть далеко не везде (а стоимость их подведения - это цифра с 6 нулями), а твёрдое топливо нужно, во-первых, как-то привозить, а во-вторых - каждые 2-3 часа подбрасывать в топку котла.
Чтобы узнать, какой объём V дизтоплива в час нам придётся жечь для обогрева дома, нужно удельную теплоту его сгорания q (количество тепла, выделяемое при сжигании единицы массы или объёма топлива, для дизтоплива - примерно 13,95 кВт*ч/л) умножить на КПД котла η (примерно 0,93 у дизельных) и затем требуемую мощность системы отопления Qотопления (9,22 кВт) поделить на полученную цифру:
V = Q отопления /(q*η) = 9,22 кВт / (13,95 кВт*ч/л) * 0,93) = 0,71 л/ч
При средней для Московской области стоимости дизтоплива 30 руб./л в год на отопление дома у нас уйдёт
0,71 * 30руб. * 24часа * 365дней = 187 тыс. руб. (округленно) .
Как сэкономить?
Естественное желание любого домовладельца - снизить затраты на отопление ещё на стадии строительства. Куда же имеет смысл вкладывать деньги?
В первую очередь следует подумать об утеплении фасада, на долю которого, как мы убедились ранее, приходится основной объём всех теплопотерь дома. В общем случае для этого может использоваться внешнее или внутреннее дополнительное утепление. Однако внутреннее утепление гораздо менее эффективно: при монтаже теплоизоляции изнутри граница раздела тёплой и холодной областей «перемещается» внутрь дома, т.е. в толще стен будет конденсироваться влага.
Существует два способа утепления фасадов: «мокрый» (штукатурка) и путём установки навесного вентилируемого фасада. Практика показывает, что из-за необходимости постоянного ремонта «мокрое» утепление с учётом эксплуатационных расходов оказывается в итоге почти вдвое дороже вентилируемого фасада. Основным недостатком штукатурного фасада является высокая стоимость его обслуживания и содержания. «Первоначальные затраты на обустройство такого фасада ниже, чем для навесного вентилируемого, всего на 20-25%, максимум на 30%, - объясняет Сергей Якубов («Металл Профиль»). - Однако с учётом расходов на текущий ремонт, который нужно делать не реже чем раз в 5 лет, уже по истечении первой пятилетки штукатурный фасад сравняется по стоимости с вентилируемым, а за 50 лет (срок службы вентфасада) - окажется дороже его в 4-5 раз ».
Что же представляет собой навесной вентилируемый фасад? Это наружный «экран», закреплённый на лёгком металлическом каркасе, который крепится к стене специальными кронштейнами. Между стеной дома и экраном размещается лёгкий утеплитель (например, Isover «ВентФасад Низ» толщиной от 50 до 200 мм), а также ветрогидрозащитная мембрана (например, Tyvek Housewrap). В качестве наружной облицовки могут использоваться различные материалы, но в индивидуальном строительстве чаще всего применяется стальной сайдинг. «Использование при производстве сайдинга современных высокотехнологичных материалов, таких как сталь с покрытием Colorcoat Prisma™, позволяет подобрать практически любое дизайнерское решение, - говорит Сергей Якубов. - Этот материал обладает превосходной устойчивостью как к коррозии, так и к механическим воздействиям. Срок гарантии на него составляет 20 лет при реальном сроке эксплуатации в 50 лет и более. Т.е. при условии использования стального сайдинга вся фасадная конструкция прослужит 50 лет без ремонта ».
Дополнительный слой фасадного утеплителя из минваты имеет сопротивление теплопередаче примерно 1,7 м2°C/Вт (см. выше). В строительстве, чтобы вычислить сопротивление теплопередаче многослойной стены, складывают соответствующие значения для каждого из слоёв. Как мы помним, наша основная несущая стена в 2 кирпича имеет сопротивление теплопередаче 0,405 м2°C/Вт. Поэтому для стены с вентфасадом получим:
0,405 + 1,7 = 2,105 м 2 °C/Вт
Таким образом, после утепления тепловыделение наших стен составит
Q фасад = (17,2°C / 2,105м 2 °C/Вт) * 137,2 м 2 = 1,12 кВт,
что в 5,2 раза меньше аналогичного показателя для неутеплённого фасада. Впечатляет, не правда ли?
Снова вычислим требуемую тепловую мощность системы отопления:
Q отопления-1 = 6,35 - 1,84 = 4,51 кВт
Расход дизтоплива:
V 1 = 4,51 кВт / (13,95 кВт*ч/л) * 0,93) = 0,35 л/ч
Сумма на отопление:
0,35 * 30руб. * 24часа * 365дней = 92 тыс. руб.
