Идеальный дом: расчет теплопотерь дома. Расчет теплопотерь (и потерь денег) через ограждающие конструкции Зависимость теплопотерь от разницы температур
Любое строительство дома, начинается с составления проекта дома. Уже на этом этапе следует задуматься об утеплении своего дома, т.к. не существует зданий и домов с нулевыми теплопотерями, которые мы оплачиваем холодной зимой, в отопительный сезон. Поэтому осуществлять утепление дома снаружи и внутри нужно с учетом рекомендаций проектировщиков.
Что и зачем утеплять?
При строительстве домов многие не знают, и даже не догадываются, что в построенном частном доме, в отопительный сезон до 70% тепла будет уходить на отопление улицы.
Задавшись вопросом экономии семейного бюджета и проблемой утепления дома, многие задаются вопросом: что, и как утеплять ?
На этот вопрос очень легко ответить. Достаточно зимой взглянуть на экран тепловизора, и вы сразу же помете, через какие элементы конструкции уходит тепло в атмосферу.
Если у Вас нет такого прибора, то не беда, ниже мы опишем статистические данные, которые показывают, куда и в каких процентах уходит тепло из дома, а также размести видео тепловизора с реального проекта.
При утеплении дома важно понимать, что тепло уходит не только через перекрытия и крышу, стены и фундамент, но и через старые окна и двери, которые нужно будет заменить, или утеплить в холодное время года.
Распределение потерь тепла в доме
Все специалисты рекомендуют осуществлять утепление частных домов
, квартир и производственных помещений, не только снаружи, но и изнутри. Если этого не сделать, то «дорогое» нам тепло, в холодное время года, будет попросту быстро улетучиваться в никуда.
Основываясь на статистике и данных специалистов, согласно которым, если определить и ликвидировать основные утечки тепла, то можно уже будет на этом сэкономить на отоплении зимой от 30% и более процентов.
Итак, давайте же разберем, в каких направлениях, и в каких процентах уходит наше тепло из дома.
Самые большие потери тепла происходят через:
Теплопотери через крышу и перекрытия
Как известно, теплый воздух всегда поднимается в верх, поэтому он обогревает не утепленную крышу дома и перекрытия, через которые и происходит утечка 25% нашего с Вами тепла.
Чтобы произвести утепление крыши дома и сократить потери тепла до минимума, нужно использовать утеплители для крыши суммарной толщиной от 200мм до 400мм. Технологию утепления крыши дома можно увидеть, увеличив картинку с права.
Теплопотери через стены
Многие, наверное, зададутся вопросом: а, почему теплопотери через не утепленные стены дома (около 35%), больше чем через не утепленную крышу дома, ведь весь теплый воздух поднимается в верх?
Все очень просто. Во-первых, площадь стен намного больше площади крыши, а во-вторых, разные материалы имеют разную теплопроводность. Поэтому, при строительстве загородных домов, в первую очередь нужно позаботиться об утеплении стен дома . Для этого подойдут утеплители для стен суммарной толщиной от 100 до 200мм.
Для правильного утепления стен дома необходимо иметь знания технологий и специальный инструмент. Технологию утепления стен кирпичного дома можно увидеть, увеличив картинку справа.
Теплопотери через полы
Как не странно, но не утепленные полы в доме забирают от 10 до 15% тепла (цифра может быть и больше, если у Вас дом построен на сваях). Это связано с вентиляцией под домом в холодный период зимы.
Для минимизации теплопотерь через не утепленные полы в доме , можно использовать утеплители для полов толщиной от 50 до 100мм. Этого будет достаточно, чтобы ходит босиком по полу в холодную зимнею пору. Технологию утепления полов дома можно увидеть, увеличив картинку справа.
Теплопотери через окна
Окна - пожалуй это, тот самый элемент, который практически невозможно утеплить, т.к. тогда дом станет похож на темницу. Единственное, что можно сделать для сокращения теплопотерь до 10%, так это сократить количество окон при проектировании, утеплить откосы и установить как минимум двойные стеклопакеты.
Теплопотери через двери
Последний элемент в конструкции дома, через который уходит до 15% тепла - это двери. Связано это с постоянным открытием входных дверей, через которые постоянно выходит тепло. Для сокращения теплопотерь через двери до минимума, рекомендуется устанавливать двойные двери, уплотнять их уплотнительной резинкой и ставить тепловые завесы.
Преимущества утепленного дома
- Окупаемость затрат в первый же отопительный сезон
- Экономия на кондиционирование и отоплении дома
- Прохлада в помещении летом
- Отличная дополнительная звукоизоляция стен и перекрытий потолка и пола
- Защита конструкций дома от разрушения
- Повышенный комфорт проживания в помещении
- Можно будет намного позже включать отопление
Итоги по утеплению частного дома
Утеплять дом очень выгодно , и в большинстве случаев даже необходимо, т.к. это обусловлено большим количеством преимуществ перед не утепленными домами, и позволяет сэкономить Ваш семейный бюджет.
Осуществив наружное и внутреннее утепление дома, Ваш частный дом станет подобен термосу. Из него не будет улетать тепло зимой и поступать жара летом, а все затраты на полное утепление фасада и крыши, цоколя и фундамента окупятся в течение одного отопительного сезона.
Для оптимального выбора утеплителя для дома , мы рекомендуем Вам почитать нашу статью: Основные виды утеплителей для дома , в которой подробно рассмотрены основные виды утеплителей, используемых при утеплении частного дома снаружи и внутри, их плюсы и минусы.
Видео: Реальный проект - куда уходит тепло в доме
Точный расчет теплопотерь дома - занятие кропотливое и небыстрое. Для его производства необходимы исходные данные, включая размеры всех ограждающих конструкций дома (стен, дверей, окон, перекрытий, полов).
Для однослойных и/или многослойных стен, а также перекрытий коэффициент теплопередачи несложно вычислить путем деления коэффициента теплопроводности материала на толщину его слоя в метрах. Для многослойной конструкции общий коэффициент теплопередачи будет равен величине, обратной сумме теплосопротивлений всех слоев. Для окон можно воспользоваться таблицей теплотехнических характеристик окон.
Стены и полы, лежащие на грунте, рассчитываются по зонам, поэтому в таблице необходимо создавать отдельные строки для каждой из них и указывать соответствующий коэффициент теплопередачи. Разделение по зонам и значения коэффициентов указаны в правилах обмера помещений .
Графа 11. Основные теплопотери. Здесь производится авторасчет основных теплопотерь на основе введенных данных в предыдущих ячейках строки. В частности, используются Разность температур, Площадь, Коэффициент теплопередачи и Коэффициент положения. Формула в ячейке:
Графа 12. Добавка на ориентацию.
В этой графе производится авторасчет добавки на ориентацию. В зависимости от содержимого ячейки Ориентация вставляется соответствующий коэффициент. Формула расчета ячейки выглядит так:
ЕСЛИ(H9="В";0,1;ЕСЛИ(H9="ЮВ";0,05;ЕСЛИ(H9="Ю";0;ЕСЛИ(H9="ЮЗ";0;ЕСЛИ(H9="З";0,05;ЕСЛИ(H9="СЗ";0,1;ЕСЛИ(H9="С";0,1;ЕСЛИ(H9="СВ";0,1;0))))))))
Эта формула вставляет в ячейку коэффициент по следующей схеме:
- Восток - 0.1
- Юго-восток - 0.05
- Юг - 0
- Юго-запад - 0
- Запад - 0.05
- Северо-запад - 0.1
- Север - 0.1
- Северо-восток - 0.1
Графа 13. Добавка прочая. Здесь вводится коэффициент добавки при расчете пола или дверей в соответствии с условиями в таблице:
Графа 14. Теплопотери. Здесь окончательный расчет теплопотерь ограждения по данным строки. Формула ячейки:
По мере расчетов можно создавать ячейки с формулами суммирования теплопотерь по помещениям и выведение суммы теплопотерь всех ограждений дома.
Существуют еще теплопотери на инфильтрацию воздуха. Ими можно пренебречь, поскольку они в какой-то степени компенсируются бытовыми тепловыделениями и теплопоступлениями от солнечной радиации. Для более полного, исчерпывающего расчета теплопотерь можно использовать методику, описанную в справочном пособии .
В итоге для расчета мощности системы отопления полученную сумму теплопотерь всех ограждений дома увеличиваем на 15 - 30%.
Другие, более простые способы расчета теплопотерь:
- быстрый расчет в уме приблизительный способ расчета ;
- несколько более сложный расчет с применением коэффициентов ;
- самый точный способ расчета теплопотерь в режиме реального времени;
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:
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*(Т в -Т н)/R, где:
- Т н – температура на улице, °C;
- Т в – 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 (Т в -Т н) 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 определены для отапливаемых помещений 101, 102, 103, 201, 202 согласно плана этажей.
Основные теплопотери , Q (Вт), вычисляются по формуле:
Q = K × F × (t int - t ext) × n,
где: К – коэффициент теплопередачи ограждающей конструкцией;
F – площадь ограждающих конструкций;
n – коэффициент, учитывающий положение ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху, приняты согласно табл. 6 «Коэффициент, учитывающий зависимость положения ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху» СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Для перекрытия над холодными подвалами и чердачными перекрытиями согласно п. 2 n = 0,9.
Общие теплопотери
Согласно п. 2а прил. 9 СНиП 2.04.05-91* добавочные теплопотери рассчитываются в зависимости от ориентации: стены, двери и окна, обращенные на север, восток, северо-восток и северо-запад в размере 0,1, на юго-восток и запад - в размере 0,05; в угловых помещениях дополнительно - по 0,05 на каждую стену, дверь и окно, обращённые на север, восток, северо-восток и северо-запад.
Согласно п. 2г прил. 9 СНиП 2.04.05-91* добавочные теплопотери для двойных дверей с тамбурами между ними принимаются равными 0,27 H, где H – высота здания.
Теплопотери на инфильтрацию для жилых помещений, согласно прил. 10 СНиП 2.04.05-91* «Отопление, вентиляция и кондиционирование», приняты по формуле
Q i = 0,28 × L × p × c × (t int - t ext) × k,
где: L – расход удаляемого воздуха, не компенсируемый приточным воздухом: 1м 3 /ч на 1м 2 пло щади жилых помещений и кухни объемом более 60 м 3 ;
c – удельная теплоемкость воздуха, равная 1кДж / кг × °С;
p – плотность наружного воздуха при t ext равная 1,2 кг / м 3 ;
(t int - t ext) – разность внутренней и наружной температур;
k – коэффициент теплопередачи – 0,7.
Q 101 = 0,28 × 108,3 м 3 × 1,2кг / м 3 × 1кДж / кг × °С × 57 × 0,7 = 1452,5 Вт ,
Q 102 = 0,28 × 60,5м 3 × 1,2кг / м 3 × 1кДж / кг × °С × 57× 0,7 = 811,2 Вт ,
Бытовые поступления тепла рассчитываются из расчёта 10 Вт/м 2 поверхности пола жилых помещений.
Расчётные теплопотери помещения определены как Q расч = Q + Q i - Q быт
Ведомость расчёта теплопотерь помещений
|
№ помещения |
Наименование помещения |
Наименование ограждающей конструкции |
Ориентация помещения |
Размер ограждения, F , м 2 |
Площадь ограждения (F ), м 2 |
Коэффициент теплопередачи, кВт/м 2 ° C |
t вн - t нар , ° C |
Коэффициент, n |
Основные теплопотери (Q осн. ),Вт |
Добавочные теплопотери % |
Коэффициент добавок |
Общие теплопотери, (Q общ ), Вт |
Расход тепла на инфильтрацию, (Q i ), Вт |
Бытовые тепло- поступления, Вт |
Расчетные теплопотери, (Q расч. ), Вт |
|
|
На ориентацию |
прочие |
|||||||||||||||
|
Жилая комната |
Σ 1138,4 | |||||||||||||||
|
Жилая комната |
Σ 474,3 | |||||||||||||||
|
Жилая комната |
Σ 1161,4 | |||||||||||||||
|
Жилая комната |
Σ 491,1 | |||||||||||||||
|
Лестничная клетка |
Σ 2225,2 | |||||||||||||||
НС – наружная стена, ДО – двойное остекление, ПЛ – пол, ПТ – потолок, НДД – наружная двойная дверь с тамбуром