Расчет теплопотерь частного дома с примерами
| ! | Запрос, в комментарии пишите комментарии, дополнения. | ! |
Дом теряет тепло через ограждающие конструкции (стены, окна, крышу, фундамент), вентиляцию и водоотведение. Через ограждающие конструкции идут основные потери тепла – 60–90 % всех теплопотерь.
Расчет теплопотерь дома нужен, как минимум, для того, чтобы правильно выбрать котел. Также можно прикинуть, сколько денег уйдет на отопление в планируемом доме. Вот пример расчета для газового котла и электрического. Также можно, благодаря расчетам, проанализировать финансовую эффективность утепления, т.е. понять, окупятся ли затраты на монтаж утепления экономией топлива в течение срока службы утеплителя.
Теплопотери через ограждающие конструкции
Приведу пример расчета наружных стен двухэтажного дома.
1) Рассчитываем сопротивление теплопередаче стены, разделив толщину материала на его коэффициент теплопроводности. Например, если стена построена из теплой керамики толщиной 0,5 м с коэффициентом теплопроводности 0,16 Вт/(м×°С), то 0,5 делим на 0,16: 0,5 м/0,16 Вт/(м×°С) = 3,125 м2 × °С/Вт Коэффициенты теплопроводности строительных материалов можно посмотреть здесь. |
| 2) Рассчитываем общую площадь наружных стен. Вот упрощенный пример квадратного дома: (ширина 10 м x высота 7 м x 4 стороны) – (16 окон x 2,5 м2) = 280 м2 – 40 м2 = 240 м2 |
| 3) Делим единицу на сопротивление теплопередаче, за счет чего получают потери тепла с одного квадратного метра стены на один градус перепада температур. 1 / 3,125 м2 × °С/Вт = 0,32 Вт/м2 × °С |
| 4) Рассчитываем теплопотери стен. Умножаем теплопотери с одного квадратного метра стены на площадь стен и на разницу температур внутри дома и снаружи. Например, если внутри +25 °С, а снаружи –15 °С, то разница составляет 40 °С. 0,32 Вт/м2 × °С × 240 м2 × 40 °С = 3072 Вт Это число это теплопотери стен. |
| 5) В киловатт-часах удобнее понимать значение тепловых потерь. За 1 час через наши стены проходит тепловая энергия при разнице температур 40°С: 3072 Вт × 1 ч = 3,072 кВт × ч Потребляется энергии за 24 часа: 3072 Вт × 24 ч = 73,728 кВт × ч |
Тепловые потери измеряются в ваттах, т.е. это мощность тепловых потерь. Понятно, что в отопительный период погода разная, т.е. разница температур все время меняется. Поэтому для расчета теплопотерь за весь отопительный период необходимо в пункте 4 умножить на среднюю разницу температур за все дни отопительного периода.
Например, за 7 месяцев отопительного периода средняя разница температур в помещении и на улице составила 28 градусов, значит потери тепла через стены за эти 7 месяцев в киловатт-часах:
0,32 Вт/м2×°С × 240 м² × 28 °C × 7 месяцев × 30 дней × 24 ч = 10838016 Вт × ч = 10838 кВт × ч
Цифра вполне «осязаемая». Например, если бы отопление было электрическим, то можно рассчитать, сколько денег ушло бы на отопление, умножив полученное число на стоимость кВтч.
Подсчитать, сколько денег было потрачено на отопление газом, можно, рассчитав стоимость кВтч энергии от газового котла. Для этого нужно знать стоимость газа, теплоту сгорания газа и КПД котла.
Кстати, в последнем расчете вместо средней разницы температур, количества месяцев и дней (но не часов, оставляем часы) можно было использовать градусо-сутки отопительного периода – ГСОП , некоторая информация о GSOP находится здесь. Можно найти уже рассчитанные ГСОП для разных городов России и умножить теплопотери с одного квадратного метра на площадь стен, на эти ГСОП и на сутки, получив теплопотери в кВт*ч.
Аналогично стенам нужно рассчитать значения теплопотерь для окон, входной двери, крыши, фундамента. Затем все складываем и получаем величину теплопотерь через все ограждающие конструкции. Для окон, кстати, толщину и теплопроводность узнавать не надо, обычно уже есть готовая теплостойкость передача стеклопакета рассчитывается производителем. Для пола (в случае плитного фундамента) перепад температур не будет слишком большим, грунт под домом не такой холодный, как наружный воздух.
Методика оценки теплопотерь дома
Ориентировочные места протечек определяются путем снятия тепловой карты на специализированном оборудовании. Расчет может производиться как для существующего здания, так и для нового дома. Профессионалы используют сложные методы расчета с учетом особенностей конвекционного отопления и других факторов. Как правило, вполне достаточно воспользоваться упрощенным калькулятором теплопотерь на специализированном интернет-сайте.
Типовые методы расчета:
- по усредненным значениям для конкретного региона;
- суммирование теплопотерь основных элементов (стен, полов, крыш) с добавлением данных по дверным и оконным блокам, вентиляции;
- Расчет параметров каждой комнаты.
Теплопотери через вентиляцию
Примерный объем доступного воздуха в доме (объем внутренних стен и мебели не учитываю):
10 м х 10 м х 7 м = 700 м3
Плотность воздуха при температуре +20°С 1,2047 кг/м3.
Удельная теплоемкость воздуха 1,005 кДж/(кг×°С). Масса воздуха в доме:
700 м3 × 1,2047 кг/м3 = 843,29 кг
Допустим, весь воздух в доме меняется 5 раз в сутки (это примерное число). При средней разнице между внутренней и наружной температурами 28 °С за весь отопительный период на обогрев поступающего холодного воздуха в среднем за сутки будет израсходована тепловая энергия:
5 × 28 °С × 843,29кг × 1,005 кДж/(кг × °С) = 118 650,903 кДж
118 650,903 кДж = 32,96 кВтч (1 кВтч = 3600 кДж)
в отопительный сезон при пятикратном воздухообмене дом через вентиляцию будет терять в среднем 32,96 кВтч тепловой энергии в сутки. За 7 месяцев отопительного периода потери энергии составят:
7 х 30 х 32,96 кВтч = 6921,6 кВтч
Факторы, влияющие на потери тепла
Процессы теплового типа прекрасно коррелируют с электрическими – разность температур будет выступать в качестве напряжения , а тепловой поток можно рассматривать как силу тока, и даже термин для сопротивления придумывать не надо.
Полностью справедлива и концепция наименьшего сопротивления, проявляющаяся в теплотехнике в виде мостиков холода. Если рассматривать произвольный материал в разрезе, то достаточно просто задать путь теплового потока как на макроуровне, так и на микроуровне. В качестве первой модели возьмем бетонную стену, в которой в силу технологической необходимости выполнены сквозные крепления стальными стержнями произвольного сечения.
Сталь способна проводить тепло несколько лучше, чем бетон, поэтому можно выделить 3 основных тепловых потока:
Последняя модель теплового потока наиболее интересна. Поскольку стальной стержень нагревается быстрее, между материалами ближе к внешней стороне стен существует разница температур. Таким образом, сталь способна не только сама «выкачивать» тепло наружу, она еще и будет повышать теплопроводность прилегающего к ней бетона. В пористой среде тепловые процессы протекают аналогично. Почти все строительные материалы состоят из разветвленной паутины твердого вещества, а пространство между ними заполнено воздухом.
Таким образом, основным проводником тепла будет служить плотный и твердый материал, но из-за сложности конструкции путь, по которому распространяется тепло, будет больше поперечного сечения. Итак, второй фактор, определяющий термическое сопротивление, заключается в том, что каждый слой неоднороден и имеет ограждающую конструкцию в целом.
Третьим фактором, влияющим на теплопроводность, является то, что мы называем накоплением влаги внутри пор. Тепловое сопротивление воды в 25 раз меньше, чем у воздуха, и если она заполняет поры, то и в целом теплопроводность материал станет даже выше, чем если бы пор вообще не было. При замерзании воды ситуация станет еще хуже – теплопроводность может увеличиться до 80 раз, а источником влаги обычно является воздух внутри помещения и атмосферные осадки. Итак, тремя основными способами борьбы с этим явлением будет наружная гидроизоляция стен, применение парозащиты и расчет влагоаккумуляции, который необходимо вести параллельно с прогнозированием теплопотерь.
Дифференцированные схемы расчетов
Простейшим методом установления величины теплопотерь в здании будет полное суммирование значений тепловых потоков через конструкции, которыми будет оборудовано здание. Этот метод полностью учитывает различие в строении различных материалов, а также специфику теплового потока через них, а также в узлах примыкания одной плоскости к другой. Такой подход к расчету тепловых потерь дома значительно упростит задачу, ведь разные конструкции ограждающего типа могут существенно отличаться по конструкции систем теплозащиты. получается, что при отдельном исследовании будет проще определить величину тепловых потерь,
потому что для этого существуют разные методики расчета:
- Для стен величина утечки тепла будет равна общей площади, которая умножается на отношение разности температур к сопротивлению. При этом следует учитывать ориентацию стен по сторонам света для учета прогрева в дневное время, а также продувки конструкций строительного типа.
- Для перекрытия метод тот же, но будет учитываться наличие чердачного помещения и режим использования. Даже для комнатной температуры можно применить значение на 4 градуса выше, и расчетная влажность тоже будет выше на 5-10%.
- Потери тепла через перекрытие считаются зональными и описывающими пояса по всему периметру строения. Это связано с тем, что температура грунта под полом намного выше вблизи центра здания по сравнению с той частью, где стоит фундамент.
- Тепловой поток через остекление определяется по паспортным данным оконных рам, также следует учитывать тип примыкания окон к стене, а также глубину откосов.
Далее давайте перейдем к примеру расчета.
Пример расчета тепловых потерь
Перед демонстрацией примера расчета следует ответить еще на один вопрос – как правильно рассчитать интегральное сопротивление теплового типа сложных конструкций с большим количеством слоев? Сделать это можно вручную, благо в современном строительстве используется не так много видов несущих оснований и систем утепления.
Но учесть наличие декоративной отделки, фасадной и внутренней штукатурки, а также влияние всех переходных процессов и других факторов очень сложно, и лучше использовать автоматизированные расчеты. Одним из лучших ресурсов сетевого типа для таких задач будет smartsalс.ru, который дополнительно составит график сдвига точки росы в зависимости от климатических условий.
Например, возьмем произвольную структуру. Это будет одноэтажный дом правильной прямоугольной формы размером 8*10 метров и высотой потолков 3 метра. В доме неутепленный пол на грунтовке с досками на лагах с воздушными зазорами, высота пола на 0,15 метра выше межевой планировочной отметки на участке. Материалами стен будет шлаковый монолит толщиной 0,42 метра с внутренней известково-цементной штукатуркой толщиной до 3 см и наружной шлакоцементной штукатурной смесью «шуба» толщиной до 5 см. Общая площадь остекления 9.5 кв.м, и двухкамерный стеклопакет в теплосберегающем профиле со средним теплосопротивлением 0,32 м2*С/Вт.
Перекрытие выполнено по деревянным балкам – снизу будет оштукатурено по дранке, заполнено шлаком и покрыта сверху глиняной стяжкой, над потолком холодный чердак. Задачей расчета теплопотерь будет формирование теплозащитной системы стеновых поверхностей.
Стены
Применяя данные о рельефе, а также о толщине и материалах слоев, которые использовались для стен, на указанном выше сервисе, необходимо заполнить соответствующие поля. По результатам расчета сопротивление теплопередаче получается 1,11 м2*С/Вт, а тепловой поток через стены 18 Вт на все квадратные метры. При общей площади стен (без остекления) 102 квадратных метра общие теплопотери через стены составляют 1,92 кВтч. В этом случае потери тепла через окна составят 1 кВт.
Крыша и перекрытие
Формулу расчета теплопотерь дома через мансардный этаж можно сделать в онлайн-калькуляторе, выбрав необходимый тип ограждающих конструкций. В результате перекрывающее сопротивление теплопередаче составляет 0,6 м2*С/Вт, а теплопотери составляют 31 Вт на квадратный метр, то есть 2,6 кВт со всей площади ограждающей конструкции.
Результатом будут общие потери тепла, рассчитанные как 7 кВт*ч. При низком качестве конструкций строительного типа показатель явно намного меньше настоящего.
На самом деле расчет идеализирован, и в нем не учитываются специальные коэффициенты, например, коэффициент вентиляции, являющийся составляющей теплообмена конвекционного типа, а также потери через входные двери и вентиляцию. На самом деле из-за установки некачественных окон, отсутствия защиты в местах примыкания кровли к мауэрлату и ужасной гидроизоляции стен от фундамента реальные теплопотери могут быть в 2-3 раза выше расчетных те. И все же даже базовые теплотехнические исследования помогут определить, будут ли конструкции дома соответствовать санитарным нормам.
Потери тепла через канализацию
В отопительный сезон вода, поступающая в дом, довольно холодная, например, имеет среднюю температуру +7°С. Нагрев воды требуется, когда жители моют посуду и принимают ванну.
Также вода частично нагревается от окружающего воздуха в бачке унитаза. Все тепло, полученное водой, смывается в канализацию.
Предположим, что семья в доме потребляет 15 м3 воды в месяц. Удельная теплоемкость воды 4,183 кДж/(кг×°С). Плотность воды 1000 кг/м3. Допустим, что в среднем вода, поступающая в дом, нагревается до +30°С, т.е. разница температур 23°С.
Соответственно, за месяц потери тепла через канализацию составят:
1000 кг/м3 × 15 м3 × 23 °С × 4,183 кДж/(кг × °С) = 1443135 кДж
1443135 кДж = 400,87 кВтч 900 17
За 7 месяцев отопительного периода жители сливают в канализацию:
7 × 400,87 кВтч = 2806,09 кВтч
Вот как выбрать тепловой насос нужного размера для вашего дома
Узнайте, какой тепловой насос вам нужен.
Roy JAMES Shakespeare/Getty Images Ваш тепловой насос играет важную роль в поддержании нужной температуры в вашем доме, забирая тепло из наружного воздуха в жилое помещение зимой, а также удаляя тепло и передавая его наружу во время лето.
Но чтобы тепловой насос работал правильно, он должен быть подходящего размера для вашего помещения.
Может показаться, что найти правильный тепловой насос легче сказать, чем сделать. Но есть некоторые общие рекомендации, которые помогут вам найти тепловой насос нужного размера, чтобы правильно обогревать и охлаждать ваш дом энергоэффективным способом.
Найдите подходящую для вас систему ОВКВ
Как и ваши домашние и личные потребности, ваш проект ОВКВ и его стоимость уникальны. Воспользуйтесь нашим калькулятором, чтобы лучше оценить свои инвестиции, или мы свяжем вас с местным профессионалом.
Получить мою оценку От нашего партнера| политика конфиденциальности
Раскрытие информации для рекламодателей
HVAC.com представляет информацию, собранную независимо от официальных веб-сайтов поставщиков. Мы регулярно обновляем сайт, чтобы эта информация всегда была актуальной и точной. Предложения, которые появляются на этом сайте, исходят от компаний, от которых HVAC.
com получает компенсацию. HVAC.com не включает всех доступных поставщиков услуг.
Важность выбора теплового насоса нужного размера
Может показаться, что размер вашего теплового насоса не так уж важен. В конце концов, что самое худшее может случиться, если он будет слишком маленьким или слишком большим? Возможно, вы удивитесь, узнав, насколько важно подобрать правильный размер. Слишком маленький или слишком большой тепловой насос может привести к пустой трате денег.
Если ваш тепловой насос слишком мал для вашего дома, он, скорее всего, не будет работать должным образом. Вы можете в конечном итоге заплатить более высокий счет за коммунальные услуги, потому что тепловой насос будет изо всех сил пытаться нагреть и охладить ваш дом. Поскольку тепловому насосу приходится работать усерднее, чтобы нагреть ваш дом до нужной температуры, вы также можете рассчитывать на более высокие затраты на ремонт и техническое обслуживание.
С другой стороны, если ваш тепловой насос слишком большой, он будет производить больше энергии, чем вам нужно, что приводит к трате энергии и снижению эффективности.
Как определить размер теплового насоса
Есть несколько различных методов, которые вы можете использовать, чтобы найти тепловой насос нужного размера для вашего дома: ручной J и квадратные футы. Мы обсудим каждый из них более подробно ниже.
Руководство J
Руководство J — это отраслевой стандарт расчета теплового насоса. Он был создан Американскими подрядчиками по кондиционированию воздуха, чтобы помочь определить правильный размер теплового насоса для вашего дома на основе восьми различных факторов. Восемь факторов, рассматриваемых в Руководстве J, таковы:
- Местный климат, в том числе, сколько дней в году вам необходимо отопление и охлаждение
- Площадь и планировка вашего дома
- Сколько у вас окон и где они расположены
- Фильтрация воздуха в вашем доме
- Качество изоляции в вашем доме
- Количество людей, проживающих в вашем доме
- Предпочитаемая вами температура
- Теплогенераторы в вашем доме
Площадь в квадратных футах
Существует множество факторов, которые учитываются при расчете мощности вашего теплового насоса, и это может быть сложно определить, как каждый из них влияет на ваши потребности в тепловом насосе.
К счастью, есть более простой подход к выбору теплового насоса нужного размера.
Как правило, на каждые 500 квадратных футов вашего дома требуется одна тонна мощности кондиционера. Вот несколько рекомендаций, которые помогут вам определить необходимое количество тонн:
- 500 квадратных футов: 1 тонна
- 1000 квадратных футов: 2 тонны
- 1500 квадратных футов: 3 тонны
- 2000 квадратных футов: 4 тонны 9008 1
- 2500 квадратных футов: 5 тонн
- 3000 квадратных футов: 6 тонн
Также важно знать, чему равна каждая тонна в БТЕ, или британских тепловых единицах, которые используются для определения размера теплового насоса. Используйте эту таблицу, чтобы определить количество БТЕ, необходимое для вашего дома:
Таблица размеров теплового насоса
| Размер дома (в квадратных футах) | Размер теплового насоса (в тоннах) | Размер теплового насоса (в БТЕ) |
|---|---|---|
| 500 квадратных футов | 1 тонна | 12 000 БТЕ |
| 1000 квадратных футов | 2 тонны | 24 000 БТЕ |
1500 кв. футов | 3 тонны | 36 000 БТЕ |
| 2000 квадратных футов | 4 тонны | 48 000 БТЕ |
| 2 500 квадратных футов | 5 тонн | 60 000 БТЕ | 3000 квадратных футов | 6 тонн | 72 000 БТЕ |
Как только вы узнаете соответствующий номер из БТЕ, необходимых для теплового насоса вашего дома, вы можете начать делать покупки. Помните, что вы также можете работать с экспертом по HVAC, который может дать некоторые рекомендации и советы.
Суть
Выбор правильного размера теплового насоса для вашего дома имеет решающее значение, когда речь идет об экономии денег на энергию и поддержании нужной температуры в вашем доме как зимой, так и летом. Поначалу определение размера теплового насоса может показаться сложным, но на самом деле разобраться в этом довольно просто. И, к счастью, существует множество онлайн-калькуляторов расчета теплового насоса, которые еще больше упрощают этот процесс.