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

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.

Эффективность нагревателей

Мощность — это физическое определение скорости передачи или потребления энергии. Она равна отношению количества работы за определённый промежуток времени к этому периоду. Нагревательные устройства характеризуются по расходу электричества в киловаттах.

Для сопоставления энергий различного рода введена формула тепловой мощности: N = Q / Δ t, где:

1. Q — количество теплоты в джоулях;
2. Δ t — интервал времени выделения энергии в секундах;
3. размерность полученной величины Дж / с = Вт.

В этом видео вы узнаете, как рассчитать количество теплоты:

Для оценки эффективности работы нагревателей используют коэффициент, указывающий на количество израсходованного по назначению тепла — КПД. Определяется показатель делением полезной энергии на затраченную, является безразмерной единицей и выражается в процентах. По отношению к разным частям, составляющим окружающую среду, КПД нагревателя имеет неравные значения. Если оценивать чайник как нагреватель воды, его эффективность составит 90%, а при использовании его в качестве отопителя комнаты коэффициент возрастает до 99%.

Объяснение этому простое: из-за теплообмена с окружением часть температуры рассеивается и теряется. Количество утраченной энергии зависит от проводимости материалов и других факторов. Можно рассчитать теоретически мощность тепловых потерь по формуле P = λ × S Δ T / h. Здесь λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м × К); S — площадь участка теплообмена, м²; Δ T — перепад температур на контролируемой поверхности, град. С; h — толщина изолирующего слоя, м.

Из формулы понятно, что для повышения мощности надо увеличить количество радиаторов отопления и площадь теплоотдачи. Уменьшив же поверхность контакта с внешней средой, минимизируют потери температуры в помещении. Чем массивнее стена здания, тем меньше будет утечка тепла.

Баланс отопления помещений

Подготовка проекта любого объекта начинается с теплотехнического расчёта, призванного решить задачу обеспечения сооружения отоплением с учётом потерь из каждого помещения. Сведение баланса помогает узнать, какая часть тепла сохраняется в стенах здания, сколько уходит наружу, объём потребной выработки энергии для обеспечения комфортного климата в комнатах.

Определение тепловой мощности необходимо для решения следующих вопросов:

1. высчитать нагрузку отопительного котла, которая обеспечит обогрев, горячее водоснабжение, кондиционирование воздуха и функционирование системы проветривания;
2. согласовать газификацию здания и получить технические условия на подключение к распределительной сети. Для этого потребуются объёмы годового расхода горючего и потребность в мощности (Гкал/час) тепловых источников;
3. выбрать оборудование, необходимое для отопления помещений.

Не забываем про соответствующую формулу

Из закона сохранения энергии следует, что в ограниченном пространстве с постоянным температурным режимом должен соблюдаться тепловой баланс: Q поступлений — Q потерь = 0 или Q избыточное = 0, или Σ Q = 0. Постоянный микроклимат поддерживается на одном уровне в течение отопительного периода в зданиях социально значимых объектов: жилых, детских и лечебных учреждениях, а также на производствах с непрерывным режимом работы. Если потери тепла превышают поступление, требуется отапливать помещения.

Технический расчёт помогает оптимизировать расход материалов при строительстве, снизить затраты на возведение зданий. Определяется суммарная тепловая мощность котла сложением энергии на отопление квартир, нагрев горячей воды, компенсацию потерь вентиляции и кондиционирования, резерв на пиковые холода.

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 (tв — tн) 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;
• tв — температура внутреннего воздуха, °С;
• tн — 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:

1. Когда стена либо часть кровли повернута на север, северо-восток или северо-запад, то β = 0,1.
2. Если конструкция обращена на юго-восток или запад, β = 0,05.
3. 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.

Таблицы для расчета тепловых потерь дома

Таблица «К — коэффициент теплопередачи»:

Конструкция		Толщина конструкции, мм	К, Вт/ (м2 х °С)
Кирпичная стена (на холодном растворе с внутренней штукатуркой) толщиной	в 1,5 кирпича	395	1,5
	в 2 кирпича	525	1,24
	в 2,5 кирпича	655	1,04
Рубленые деревянные стены из бревен диаметром, мм	200	160	1,02
	240	200	0,85
Брусчатые деревянные стены		150	1,0
		200	0,76
Чердачное деревянное перекрытие		100	1,0
Двойные окна		—	2,68
Двойные двери		—	2,33

Таблица « n — коэффициент уменьшения»:

Наименование ограждения	n
Полы на грунте и лагах	1,0
Чердачные перекрытия при стальной, черепичной или асбестоцементной кровлях при разреженной обрешетке и бесчердачные покрытия с венти­лируемыми продухами	0,9
То же для перекрытий по сплошному настилу	0,8
Чердачные перекрытия при кровлях из рулонных материалов	0,75
Ограждения, отделяющие отапливаемые помещения от неотапливаемых, сообщающиеся с наружным воздухом	0,7
Ограждения, отделяющие отапливаемые помещения от неотапливаемых, не сообщающиеся с наружным воздухом	0,4
Перекрытия над подпольями, расположенными ниже уровня земли	0,4
Перекрытия над подпольями, расположенными выше уровня земли	0,75
Перекрытия над неотапливаемыми подвалами, расположенными ниже уровня грунта или выступающие на высоту до 1 м	0,6

Таблица « Значения R0 и 1/R0»:

Конструкция	Толщина		R0, ккал/(м2 х ч х °С)	1/R0, ккал/ (м2 х ч х °С)
	в кирпичах	в мм
Стены
Сплошная кладка из обыкновенного кир­пича	0,5	135	0,38	2,64
	1	265	0,57	1,76
	1,5	395	0,76	1,32
	2	525	0,94	1,06
	2,5	655	1,13	0,89
Сплошная кладка из обыкновенного кирпича с воздушной прослойкой ( = 50 мм) в перевязку через каж­дые 6 рядов	1,5	435	0,9	1,11
	2	565	1,09	0,92
	2,5	695	1,28	0,78
Сплошная кладка из дырчатого кирпича	1,5	395	0,89	1,12
	2	525	1,2	0,89
	2,5	655	1,4	0,71
Кирпичная кладка с термоизоляционной засыпкой	1,5	395	1,03	0,97
	2	525	1,49	0,67
Деревянные рубленые	—	200	1,33	0,75
	—	220	1,45	0,68
	—	240	1,56	0,64
Брусчатые	—	150	1,18	0,85
	—	180	1,28	0,78
	—	200	1,32	0,76
Чердачные перекрытия
Железо-бетонные из сборных ребристых плит с утеплителем	—	100	0,69	1,45
	—	150	0,89	1,12
	—	200	1,09	0,92
	—	250	1,29	0,77

Перед тем как рассчитать теплопотери дома , помните, что добавочные потери тепла зависят от расположения здания на местности, от ориентации стен по сторонам света, скорости ветра и инфильтрации. Если конструктивные элементы дома обращены на север, восток, северо-восток и северо-запад, дополнительные потери составят 10 %, а если на запад или на юго-восток — 5 %. Расход тепла для нагрева воздуха в помещении можно найти по формуле: Q = F(пл.) х (tв — tн).

В ней используются величины:

• F — площадь пола помещения (в м2);
• tв- tн — внутренняя и наружная температура.

Помимо вышеизложенных вычислений, следует уменьшить теплопотери на величину бытовых тепловыделений. Бытовые тепловыделения определяются из расчета 21 Вт на 1 м2 площади пола.

В итоге для определения теплопроизводительности системы отопления следует: вычислить основные и дополнительные теплопотери, суммировать их и вычесть величину, которая характеризует бытовые тепловыделения.

Удельные тепловые потери здания

Существует много способов расчета тепловых потерь здания, один из них – в предложенной ниже таблице.

Таблица « Удельные тепловые потери для основных охлаждающихся поверхностей в жилых зданиях»:

Вид стен и охлаждающихся поверхностей	Количество теряемого тепла (Вт/ккал/ч) через 1 м2 поверхности стен по внутреннему обмеру помещения при средней температуре наиболее холодной пятидневки (°С)
	24-25	25-26	28-29	30-31
Кирпичная стена толщиной в три с половиной кирпича (93 см), оштукатуренная с двух сторон
Угловые помещения	61/53	66/57	69/60	71/61
Смежные с другими помещения	55/48	59/51	61/53	64/55
Угловые помещения	54/47	58/50	61/53	62/54
Смежные с другими помещения	50/43	52/45	54/47	55/48
Кирпичная стена толщиной в три кирпича (80 см), оштукатуренная с двух сторон
Угловые помещения	66/57	71/61	74/64	75/65
Смежные с другими помещения	64/55	67/58	71/61	72/62
Угловые помещения	61/53	65/56	68/59	69/60
Смежные с другими помещения	56/49	60/52	62/54	63/55
Кирпичная стена толщиной в два с половиной кирпича (67 см), оштукатуренная с двух сторон
Угловые помещения	75/65	82/71	86/74	88/76
Смежные с другими помещения	74/64	80/69	82/71	84/73
Угловые помещения	69/60	74/64	77/67	79/68
Смежные с другими помещения	65/57	71/61	74/64	75/65
Кирпичная стена толщиной в два кирпича (54 см), оштукатуренная с двух сторон
Угловые помещения	90/78	96/83	101/87	103/89
Смежные с другими помещения	89/77	95/82	100/86	101/87
Угловые помещения	81/70	87/75	90/78	93/80
Смежные с другими помещения	79/68	86/74	88/76	90/78
Деревянная рубленая стена из бревен, оштукатуренная с одной стороны, толщиной 20 см
Угловые помещения	77/67	82/71	87/75	88/76
Смежные с другими помещения	75/95	80/69	83/72	86/74
Угловые помещения	68/59	74/64	77/67	79/69
Смежные с другими помещения	66/57	72/62	74/64	76/66
Деревянная рубленая стена из бревен, оштукатуренная с одной стороны, толщиной 25 см
Угловые помещения	60/52	65/56	67/58	69/60
Смежные с другими помещения	59/51	62/54	66/57	67/58
Угловые помещения	54/47	58/50	60/52	61/53
Смежные и другие помещения	53/46	56/49	59/51	60/52
Деревянная брусковая стена, оштукатуренная с одной стороны, общей толщиной 12 см
Угловые помещения	/75	/80	/84	/86
Смежные с другими помещения	/73	/78	/82	/84
Угловые помещения	/67	/71	/74	/76
Смежные с другими помещения	/65	/70	/73	/75
Деревянная брусковая стена, оштукатуренная с одной стороны, общей толщиной 20 см
Угловые помещения	/47	/50	/52	/53
Смежные с другими помещения	/46	/49	/51	/52
Угловые помещения	/42	/45	/46	/47
Смежные с другими помещения	/41	/44	/46	/47
Окна с двойным остеклением (пере­плетами) и балконные двери	/100	/103	/112	/115
Чердачное перекрытие	/26	/28	/29	/30
Деревянные утепленные полы над подвалом или подпольем	/19	/21	/22	/23

Тепловые потери зависят от многих факторов: теплонепроницаемости дверей, окон, стен, перекрытий и уличной температуры. Правильно выбранная печь должна соответствовать средней часовой теплоотдаче и такой же теплопотере.

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:

Qвозд = cm (tв — tн). В ней:

• Qвозд — тепло, расходуемое системой отопления на прогрев приточного воздуха, Вт;
• tв и tн — 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:

Температура воздушной смеси, ºС	— 25	— 20	— 15	— 10	— 5	0	+ 5	+ 10
Плотность, кг/м3	1,422	1,394	1,367	1,341	1,316	1,290	1,269	1,247

Пример. Необходимо просчитать вентиляционные теплопотери здания, куда поступает 500 м³ в час с температурой -25°С, внутри поддерживается +20°С. Сначала определяется массовый расход:

m = 500 х 1,422 = 711 кг/ч

Подогрев такой массы воздуха на 45°С потребует такого количества теплоты:

Qвозд = 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.

Варианты приблизительных расчетов

Выполнить точный расчет тепловой мощности системы отопления довольно сложно, его могут сделать только профессионалы, имеющие соответствующую квалификацию и специальные знания. По этой причине данные вычисления обычно поручают специалистам.
В тоже время существуют и более простые способы, позволяющие приблизительно оценить величину требуемой тепловой энергии и их можно сделать самостоятельно:

1. Нередко применяют расчет мощности отопления по площади (детальнее: «Расчет отопления по площади — определяем мощность отопительных приборов»). Считается, что жилые дома возводятся по проектам, разработанным с учетом климата в определенном регионе, и что в проектных решениях заложено использование материалов, которые обеспечивают требуемый тепловой баланс. Поэтому при расчете принято умножать величину удельной мощности на площадь помещений. Например, для Московского региона данный параметр находится в пределе от 100 до 150 ватт на один «квадрат».
2. Более точный результат будет получен, если учитывать объем помещения и температуру. Алгоритм вычисления включает высоту потолка, уровень комфорта в отапливаемом помещении и особенности дома.
   Используемая формула выглядит следующим образом: Q = VхΔTхK/860, где:
   V – объем помещения;
   ΔT – разница между температурой внутри дома и снаружи на улице;
   К – коэффициент теплопотерь.
   Поправочный коэффициент позволяет учесть конструктивные особенности объекта недвижимости. Например, когда определяется тепловая мощность системы отопления здания, для строений с обычной кровлей из двойной кирпичной кладки К находится в диапазоне 1,0–1,9.
3. Метод укрупненных показателей. Во многом похож на предыдущий вариант, но его применяют для вычисления тепловой нагрузки для систем отопления многоквартирных зданий или других больших объектов.

Все три вышеперечисленные способы, позволяющие сделать расчет необходимой теплоотдачи, дают приблизительный результат, который может отличаться от реальных данных или в меньшую, или в большую сторону. Понятно, что монтаж маломощной отопительной системы не обеспечит требуемую степень обогрева.

В свою очередь, избыток мощности у отопительного оборудования приведет к быстрому износу приборов, перерасходу топлива, электроэнергии, а соответственно и денежных средств. Подобные расчеты обычно применяют в несложных случаях, например, при выборе котла.

 

R = ΔT/q.

где

• q – это количество тепла, которое уходит через квадратный метр поверхности стены или окна. Это количество тепла измеряют в ваттах на квадратный метр (Вт/ м2);
• ΔT – это разница между температурой на улице и в комнате (°С);
• R – это сопротивление теплопередачи (°С/ Вт/ м2или °С· м2/ 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 (Тнар. = –30 °С. Твнутр. = 20 °С.)

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)	0.592 0.502 0.405 0.187
Сруб из бревна Ø 25 Ø 20	0.550 0.440
Сруб из бруса Толщ. 20 сантиметров Толщ. 10 сантиметров	0.806 0.353
Каркасная стена (доска + минвата + доска) 20 сантиметров	0.703
Стена из пенобетона   20 сантиметров 30 см	0.476 0.709
Штукатурка по кирпичу, бетону. пенобетону (2-3 см)	0.035
Потолочное (чердачное) перекрытие	1.43
Деревянные полы	1.85
Двойные деревянные двери	0.21

 

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 0.37 135 216 Стеклопакет (толщина стекла 4 мм) 4-16-4 4-Ar16-4 4-16-4К 4-Ar16-4К 0.32 0.34 0.53 0.59 156 147 94 85 250 235 151 136 Двухкамерный стеклопакет 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 0.42 0.44 0.53 0.60 0.45 0.47 0.55 0.67 0.47 0.49 0.58 0.65 0.49 0.52 0.61 0.68 0.52 0.55 0.65 0.72 119 114 94 83 111 106 91 81 106 102 86 77 102 96 82 73 96 91 77 69 190 182 151 133 178 170 146 131 170 163 138 123 163 154 131 117 154 146 123 111

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 м2 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· м2/ Вт.

Тепловые потери будут составлять 50 / 0.806 = 62 (Вт/ м2).

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  м2 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 -24 -26 -28 -30 76 83 87 89 75 81 83 85 70 75 78 80 66 71 75 76 Стена в 2 кирпича (54 см) с внутр. штукатуркой -24 -26 -28 -30 91 97 102 104 90 96 101 102 82 87 91 94 79 87 89 91 Рубленая стена (25 см) с внутр. обшивкой -24 -26 -28 -30 61 65 67 70 60 63 66 67 55 58 61 62 52 56 58 60 Рубленая стена (20 см) с внутр. обшивкой -24 -26 -28 -30 76 83 87 89 76 81 84 87 69 75 78 80 66 72 75 77 Стена из бруса (18 см) с внутр. обшивкой -24 -26 -28 -30 76 83 87 89 76 81 84 87 69 75 78 80 66 72 75 77 Стена из бруса (10 см) с внутр. обшивкой -24 -26 -28 -30 87 94 98 101 85 91 96 98 78 83 87 89 76 82 85 87 Каркасная стена (20 см) с керамзитовымзаполнением -24 -26 -28 -30 62 65 68 71 60 63 66 69 55 58 61 63 54 56 59 62 Стена из пенобетона (20 см) с внутр. штукатуркой -24 -26 -28 -30 92 97 101 105 89 94 98 102 87 87 90 94 80 84 88 91

 

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 м2 по внутреннему контуру) в зависимости от средней температуры самой холодной недели в году.

Характеристика ограждения	Наружная температура. °С	Теплопотери. кВт
Окно с двойным остеклением	-24 -26 -28 -30	117 126 131 135
Сплошные деревянные двери (двойные)	-24 -26 -28 -30	204 219 228 234
Чердачное перекрытие	-24 -26 -28 -30	30 33 34 35
Деревянные полы над подвалом	-24 -26 -28 -30	22 25 26 26

 

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

Пример 1.

Угловая комната (1 этаж)

Характеристики комнаты:

• 1 этаж.
• площадь комнаты – 16  м2 (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 м2.
• Площадь окон: Sокон = 2х1.0х1.6 = 3.2 м2
• Площадь пола: Sпола = 5х3.2 = 16 м2
• Площадь потолка: Sпотолка = 5х3.2 = 16 м2

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)

Характеристики комнаты:

• этаж верхний.
• площадь 16 м2 (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 м2
• Площадь скатов крыши, ограничивающих комнату: Sскатов.стен = 2х1.0х4.2 = 8.4 м2
• Площадь боковых перегородок: Sбок.перегор = 2х1.5х4.2 = 12.6 м2
• Площадь окон: Sокон = 4х1.6х1.0 = 6.4 м2
• Площадь потолка: Sпотолка = 2.6х4.2 = 10.92 м2

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 (см)	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	12 25 50 75	0.15 0.3 0.65 1.0	12 25 50 75	6 12 24 36
Кладка из керамзитобетонных блоков толщиной 39 см с плотностью: 1000 кг / м3 1400 кг / м3 1800 кг / м3	39	1.0 0.65 0.45	75 50 34	17 23 26
Пено- газобетон толщиной 30 см плотностью: 300 кг / м3 500 кг / м3 800 кг / м3	30	2.5 1.5 0.9	190 110 70	7 10 13
Брусовал стена толщиной (сосна) 10 сантиметров 15 сантиметров 20 сантиметров	10 15 20	0.6 0.9 1.2	45 68 90	10 15 20

 

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 м2 общей площади, а при –30 °С – 230 Вт. Для хорошо утепленных домов – этот показатель будет составлять: при –25 °С – 173 Вт на м2 общей площади, а при –30 °С – 177 Вт.

Самый простой рассчет теплопотерь

Qт (кВт/час)=(100 Вт/м2 x S (м2) x K1 x K2 x K3 x K4 x K5 x K6 x K7)/1000

Данная формула расчета теплопотерь по укрупненным показателям, в основе которых  лежат усредненные условия 100 Вт на 1кв метр. Где основными рассчетными показателями для расчета системы отопления являются следующие величины:

Qт— тепловая мощность предполагаемого отопителя на отработанном масле, кВт/час.

100 Вт/м2 — удельная величина тепловых потерь (65-80 ватт/м2). В нее входят утечки тепловой энергии путем ее поглощения оконами, стенами, потолком полом; утечки через вентиляцию и негерметичности помещения и другие утечки.

S — площадь помещения;

K1 — коэффициент теплопотерь окон:

• обычное остекление К1=1,27
• двойной стеклопакет К1=1,0
• тройной стеклопакет К1=0,85;

К2 — коэффициент теплопотерь стен:

• плохая теплоизоляция К2=1,27
• стена в 2 кирпича или утеплитель 150 мм толщиной К2=1,0
• хорошая теплоизоляция К2=0,854

К3 коэффициент соотношения площадей окон и пола:

• 10% К3=0,8
• 20% К3=0,9
• 30% К3=1,0
• 40% К3=1,1
• 50% К3=1,2;

K4 — коэффициент наружной температуры:

• -10oC K4=0,7
• -15oC K4=0,9
• -20oC K4=1,1
• -25oC K4=1,3
• -35oC K4=1,5;

K5 — число стен, выходящих наружу:

• одна — К5=1,1
• две К5=1,2
• три К5=1,3
• четыре К5=1,4;

К6 — тип помещения, которое находится над расчитываемым:

• холодный чердак К6=1,0
• теплый чердак К6=0,9
• отапливаемое помещение К6-0,8;

K7 — высота помещения:

• 2,5 м К7=1,0
• 3,0 м К7=1,05
• 3,5 м К7=1,1
• 4,0 м К7=1,15
• 4,5 м К7=1,2.

Упрощенный рассчет теплопотерь дома

Qт = ( V x ∆t x k )/860; ( кВт )

V — объем помещения ( куб.м )
∆t — дельта температур (уличной и в помещении)
k — коэффициент рассеивания

• k= 3,0-4,0 – без теплоизоляции. (Упрощенная деревянная конструкция или конструкция из гофрированного металлического листа).
• k= 2,0-2,9 – небольшая теплоизоляция. (Упрощенная конструкция здания, одинарная кирпичная кладка, упрощенная конструкция окон и крыши).
• k= 1,0-1,9 – средняя теплоизоляция. (Стандартная конструкция, двойная кирпичная кладка, небольшое число окон, крыша со стандартной кровлей).
• k= 0,6-0,9 – высокая теплоизоляция. (Улучшенная конструкция, кирпичные стены с двойной теплоизоляцией, небольшое количество окон со сдвоенными рамами, толстое основание пола, крыша из высококачественного теплоизоляционного материала).

В данной формуле очень условно учитываются коэффициент рассеивания и не совсем понятно каким коэффициентами пользоваться. В классике редкое современное, выполненное из современных материалов с учетом действующих стандартов, помещение обладает ограждающими конструкциями с коэффициентом рассеивания более одного. Для более детального понимания методики расчёта предлагаем следующие более точные методики.

Методика расчета

Чтобы осуществить расчет теплоэнергии на отопление, необходимо взять показатели теплопотребности отдельного помещения. При этом из данных следует вычесть теплоотдачу теплопровода, который расположен в данном помещении.

Площадь поверхности, отдающей тепло, будет зависеть от нескольких факторов – прежде всего, от типа используемого прибора, от принципа соединения его с трубами и от того, как именно он располагается в помещении. При этом следует отметить, что все эти параметры влияют также на плотность потока тепла, исходящего от прибора.

Теплооотдача приборов отопления

Расчет отопительных приборов системы отопления – теплоотдачу отопительного прибора Q можно определить по следующей формуле:

Qпр = qпр*Ap.

Однако воспользоваться ею можно только в том случае, если известен показатель поверхностной плотности теплового прибора qпр (Вт/м2).

Отсюда же можно вычислить и расчетную площадь Ар. При этом важно понимать, что расчетная площадь любого отопительного прибора не зависит от типа теплоносителя.

Ар= Qnp/qnp,

в которой  Qnp – уровень требуемой для определенного помещения теплоотдачи прибора.

Тепловой расчет отопления учитывает, что для определения теплоотдачи прибора для определенного помещения используется формула:

Qпp = Qп — µтр*Qтр

при этом показатель Qп – это теплопотребность комнаты, Qтр – суммарная теплоотдача всех элементов отопительной системы, расположенной в комнате. Расчет тепловой нагрузки на отопление подразумевает, что сюда относится не только радиатор, но и трубы, которые к нему подведены, и транзитный теплопровод (если есть). В данной формуле µтр – коэффициент поправки, который предусматривает частичную теплоотдачу системы, рассчитанную на поддержание постоянной температуры в помещении. При этом размер поправки может колебаться в зависимости от того, как именно прокладывались трубы отопительной системы в помещении. В частности – при открытом методе – 0,9; в борозде стены – 0,5; вмурованные в бетонную стену – 1,8.

Расчет необходимой мощности отопления, то есть – суммарная теплоотдача (Qтр — Вт) всех элементов отопительной системы определяется при помощи следующей формулы:

Qтр = µkтр*µ*dн*l*(tг — tв)

В ней kтр – показатель коэффициента теплоотдачи определенного отрезка трубопровода, расположенного в помещении, dн — наружный диаметр трубы, l – длинна отрезка. Показатели tг и tв показывают температуру теплоносителя и воздуха в помещении.

Формула Qтр = qв*lв + qг*lг используется для определения уровня теплоотдачи теплопровода, присутствующего в помещении. Для определения показателей следует обратиться к специальной справочной литературе. В ней можно найти определение тепловой мощности системы отопления – определение теплоотдачи вертикально (qв) и горизонтально (qг) проложенного в помещении теплопровода. Найденные данным показывают теплоотдачу 1м трубы.

Перед тем, как рассчитать гкал на отопление, на протяжении многих лет вычисления, производимые по формуле Ap = Qnp/qnp и измерения теплоотдающих поверхностей отопительной системы, проводились с использованием условной единицы – эквивалентных квадратных метрах. При этом экм был условно равен поверхности прибора отопления с теплоотдачей 435 ккал/ч (506 Вт). Расчет гкал на отопление предполагает, что при этом разность температур теплоносителя и воздуха (tг — tв) в помещении составляла 64,5°С, а относительный расход воды в системе равнялся показателю Gотн = l,0.

Расчет тепловых нагрузок на отопление подразумевает, что при этом гладкотрубные и панельные отопительные приборы, которые имели большую теплоотдачу, чем эталонные радиаторы времен СССР, имели площадь экм, которая значительно отличалась от показателя их физической площади. Соответственно, площадь экм менее эффективных отопительных приборов была значительно ниже, чем их площадь физическая.

Панельные отопительные приборы

Впрочем, такой двойственный замер площади приборов отопления в 1984 году было упрощено, и экм отменили. Таким образом, с того момента площадь отопительного прибора измерялась только в м2.

После того, как будет просчитана необходимая для помещения площадь отопительного прибора и расчет тепловой мощности системы отопления, можно приступать к подбору необходимого радиатора по каталогу отопительных элементов.

При этом получается, что чаще всего площадь приобретаемого элемента получается несколько больше той, которая была получена путем вычислений. Это довольно легко объяснить – ведь подобная поправка учитывается заранее посредством введения в формулы повышающего коэффициента µ1.

Сегодня весьма распространены секционные радиаторы. Их длина напрямую зависит от количества используемых секций. Для того чтобы произвести расчет количества тепла на отопление – то есть, высчитать оптимальное количество секций для определенного помещения, используется формула:

N = (Ap/a1)( µ 4/ µ 3)

В ней а1 – это площадь одной секции радиатора, выбранного для установки в помещении. Измеряется в м2. µ 4 –коэффициент поправки который вносится на способ установки отопительного радиатора. µ 3 – коэффициент поправки, который указывает реальное количество секций в радиаторе (µ3 — 1,0 при условии, что Ар = 2,0 м2). Для стандартных радиаторов типа М-140 данный параметр определяется по формуле:

µ 3 =0,97+0,06/Ар

При тепловых испытаниях используются стандартные радиаторы, состоящие в среднем, из 7-8 секций. То есть, определенный нами расчет расхода тепла на отопление – то есть, коэффициент теплопередачи, является реальным только для радиаторов именно такого размера.

Следует отметить, что при применении радиаторов с меньшим количеством секций наблюдается незначительное увеличение уровня теплоотдачи.

Это связано с тем, что в крайних секциях тепловой поток несколько более активен. Кроме того, открытые торцы радиатора способствуют большей теплоотдаче в воздух помещения. В случае если количество секций больше – наблюдается ослабление тока в крайних секциях. Соответственно, для достижения необходимого уровня теплоотдачи наиболее рациональным является незначительное увеличение длины радиатора за счет добавления секций, что не повлияет на мощность системы отопления.

Батарея отопления на семь секций

Для тех радиаторов, площадь одной секции в которых составляет 0,25 м2, существует формула для определения коэффициента µ3:

µ3 = 0,92 + 0,16 /Ар

Но следует учитывать, что крайне редко при использовании данной формулы получается целое число секций. Чаще всего искомое количество оказывается дробным. Расчет нагревательных приборов системы отопления предполагает, что для получения более точного результата допустимо незначительное (не более чем на 5%) снижение коэффициента Ар. Такое действие приводит к ограничению уровня отклонения температурного показателя в помещении. Когда произведен расчет тепла на отопление помещения, после получения результата устанавливается радиатор с максимально близким к полученному значению количеством секций.

Расчет мощности отопления по площади предполагает, что определенные условия на установку радиаторов накладывает и архитектура дома.

В частности, если имеется внешняя ниша под окном, то длина радиатора должна быть менее длины ниши – не менее чем на 0,4 м. Такое условие действительно лишь при прямой подводке трубы к радиатору. В случае если применена подводка с уткой, разница длины ниши и радиатора должна составлять минимум 0,6 м. При этом лишние секции следует выделить как отдельный радиатор.

Для отдельных моделей радиаторов формула расчета тепла на отопление – то есть, определения длины, не применяется, поскольку данный параметр заранее определен производителем. Это в полной мере относится к радиаторам типа РСВ или РСГ. Однако нередки случаи, когда для увеличения площади прибора отопления данного типа используется просто параллельная установка двух панелей рядом.

Изменения теплоотдачи радиаторов в зависимости от способа установки

Если панельный радиатор определен как единственный допустимый для данного помещения, то для определения количества необходимых радиаторов используется:

N = Ap / a1.

При этом площадь радиатора – известный параметр. В случае если будет установлено два параллельных блока радиаторов, показатель Ар увеличивают, определяя сниженный коэффициент теплопередачи.

В случае использования конвекторов с кожухом расчет мощности отопления учитывает, что их длина также определяется исключительно существующим модельным рядом. В частности, напольный конвектор «Ритм» представлен в двух моделях с длиной кожуха 1 м и 1,5 м. Настенные конвекторы также могут незначительно отличатся друг от друга.

В случае применения конвектора без кожуха существует формула, помогающая определить количество элементов прибора, после чего можно реализовать расчет мощности системы отопления:

N = Ap / (n*a1)

Здесь n – количество рядов и ярусов элементов, которые и составляют площадь конвектора. При этом a1 – площадь одной трубы или элемента. При этом при определении расчетной площади конвектора необходимо учитывать не только количество его элементов, но и метод их соединения.

В случае применения в отопительной системе гладкотрубного прибора продолжительность его греющей трубы вычисляется следующим образом:

l = Ар*µ4 / (n*a1)

µ4  — это коэффициент поправки, который вносится при наличии декоративного укрытия трубы; n – количество рядов или ярусов греющих труб; а1 – параметр, характеризующий площадь одного метра горизонтальной трубы при определенном заранее диаметре.

Для получения более точного (а не дробного числа), допускается незначительное (не более чем на 0,1 м2или же 5%) снижение показателя А.

Пример №1

Необходимо определить правильное количество секций для радиатора М140-А, который будет установлен в помещении, расположенном на верхнем этаже. При этом стена наружная, под подоконником ниша отсутствует. А расстояние от него до радиатора составляет всего 4 см. Высота помещения 2,7 м. Qn=1410 Вт, а tв=18 °С. Условия подключения радиатора: подсоединения к однотрубному стояку проточно-регулируемого типа (Dy20, кран КРТ с подводкой 0,4 м); разводка отопительной системы верхняя, tг = 105°С, а расход теплоносителя по стояку составляет Gст = 300 кг/ч. Разница температуры теплоносителя подающего стояка и рассматриваемого составляет 2°С.

Определяем средний показатель температуры в радиаторе:

tср = (105 — 2) — 0,5х1410х1,06х1,02х3,6 / (4,187х300) = 100,8 °С.

Опираясь на полученные данные, вычисляем плотность теплового потока:

tср = 100,8 — 18 = 82,8 °С

При этом следует отметить, что произошло незначительное изменение уровня расхода воды (360 до 300 кг/ч). Данный параметр практически никак не влияет на qnp.

Qпр =650(82,8/70)1+0,3=809Вт/м2.

Далее определяем уровень теплоотдачи горизонтально (1г = 0,8 м) и вертикально (1в = 2,7 — 0,5 = 2,2 м) расположенных труб. Для этого следует воспользоваться формулой Qтр =qвхlв + qгхlг.

Получаем:

Qтр = 93х2,2 + 115х0,8 = 296 Вт.

Рассчитываем площадь требуемого радиатора по формуле Ap = Qnp/qnp  и  Qпp = Qп — µ трхQтр:

Ар =(1410-0,9х296)/809=1,41м2.

Рассчитываем необходимое количество секций радиатора М140-А, учитывая, что площадь одной секции составляет 0,254 м2:

м2 (µ4=1,05, µ 3 = 0,97 + 0,06 / 1,41= 1,01, воспользуемся формулой µ 3 = 0,97 + 0,06 / Ар  и определяем:

N=(1,41/0,254)х(1,05/1,01)=5,8.
То есть, расчет потребления тепла на отопление показал, что в помещении для достижения максимально комфортной температуры следует установить радиатор, состоящий из 6 секций.

Пример №2

Необходимо определить марку открытого настенного конвектора с кожухом КН-20к «Универсал-20», который устанавливается на однотрубный стояк проточного типа. Кран возле устанавливаемого прибора отсутствует.

Определяет среднюю температуру воды в конвекторе:

tcp = (105 — 2) — 0,5х1410х1,04х1,02х3,6 / (4,187х300) = 100,9 °С.

В конвекторах «Универсал-20» плотность теплового потока равна 357 Вт/м2.имеющиеся данные: µtcp=100,9-18=82,9°С, Gnp=300кг/ч. По формуле qпр =qном(µ tср /70)1+n (Gпр /360)p пересчитываем данные:

qnp = 357(82,9 / 70)1+0,3(300 / 360)0,07 = 439 Вт/м2.

Определяем уровень теплоотдачи горизонтальных (1г-=0,8 м) и вертикальных (lв=2,7 м) труб (с учетом Dy20) используя формулу Qтр = qвхlв +qгхlг. Получаем:

Qтр = 93х2,7 + 115х0,8 = 343 Вт.

Воспользовавшись формулой Ap = Qnp/qnp и Qпp = Qп — µ трхQтр, определяем расчетную площадь конвектора:

Ар =(1410 — 0,9х343) / 439 = 2,51 м2.

То есть, к установке принят конвектор «Универсал-20» длина кожуха которого составляет 0,845 м (модель КН 230-0,918, площадь которой 2,57м2).

Пример №3

Для системы парового отопления необходимо определить количество и длину чугунных ребристых труб при условии, что установка открытого типа и производится в два яруса. При этом избыточное давление пара составляет 0,02 Мпа.

Дополнительные характеристики: tнac= 104,25 °С, tв=15 °С, Qп = 6500 Вт, Qтр = 350 Вт.

Воспользовавшись формулой µ tн = tнас — tв, определим разность температур:

µ tн = 104,25- 15 = 89,25 °С.

Определяем плотность теплового потока, воспользовавшись известным коэффициентом передачи данного типа труб в случае, когда они устанавливаются параллельно одна над другой — к=5,8 Вт/(м2-°С). Получаем:

qnp = knpх µ tн = 5,8-89,25 = 518 Вт/м2.

Формула Ap = Qnp/qnp помогает определить необходимую площадь прибора:

Ар = (6500 — 0,9х350) / 518 = 11,9м2.

Чтоб определить количество необходимых труб, N = Ap / (nхa1). При этом следует воспользоваться такими данными: длина одной тубы – 1,5 м, площадь нагревательной поверхности – 3м2.

Вычисляем: N= 11,9/(2х3,0) = 2 шт.

То есть, в каждом ярусе необходимо установить по две трубы длиной 1,5 м. каждая. При этом вычислим общую площадь данного отопительного прибора: А = 3,0х*2х2 = 12,0 м2.

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.

Определение тепловой нагрузки

Само определение «Тепловая нагрузка» характеризует получение определённого количества теплоэнергии за одну единицу времени в конкретных условиях. В отопительный сезон такой показатель должен изменяться согласно установленному температурному графику теплоснабжения. Он отражает общий объём теплоэнергии, расходуемой всей отопительной конструкцией на прогрев строений до нормативного температурного уровня в самый холодный период.

Профессиональный расчёт показателя нагрузки необходим в следующих случаях:

• отсутствие приборов учёта;
• сокращение расчётной нагрузки;
• снижение расходов на обогрев здания;
• проектирование индивидуальной системы обогрева;
• изменение состава потребляющего энергию оборудования;
• подтверждение лимита для потребляемой тепловой энергии;
• выявление причин потери тепловой эффективности и перерасхода;
• оптимальное распределение субабонентов, использующих в работе тепло;
• подсоединение к схеме отопления построек и сооружений, потребляющих тепло;
• уточнение тепловых нагрузок и заключение договора со снабжающими организациями.

При определении максимальной почасовой нагрузки на отопление учитывается количество тепла, используемого с целью сохранения нормированных показателей на протяжении одного часа при максимально неблагоприятных внешних воздействиях.

Как рассчитать нагрузку?

Показатель тепловой нагрузки определяется несколькими наиболее важными факторами, поэтому при выполнении расчётных мероприятий в обязательном порядке требуется учитывать:

• общую площадь остекления и количество дверей;
• разницу температурных режимов за пределами и внутри строения;
• уровень производительности, режим эксплуатации системы вентиляции;
• толщину конструкций и материалы, задействованные в возведении строения;
• свойства кровельного материала и основные конструктивные особенности крыши;
• величину инсоляции и степень поглощения солнечного тепла внешними поверхностями.

Практикуется применение нескольких способов вычисления тепловой нагрузки, которые заметно различаются не только степенью сложности, но и точностью полученных расчётных результатов. Важно предварительно собрать необходимые для проектирования и расчётных мероприятий сведения, касающиеся схемы установки радиаторов и места вывода ГВС, а также поэтажный план и экспликацию сооружения.

Характеристики объекта для расчета тепловых нагрузок

Правильно расчетная тепловая нагрузка на отопление может быть определена при условии, что в процессе вычислений будут учтены абсолютно все, даже малейшие нюансы.

Перечень деталей и параметров довольно обширен:

• назначение и тип объекта недвижимости. Для расчета важно знать, какое здание будет обогреваться — жилой или нежилой дом, квартира (прочитайте также: «Квартирный прибор учета тепловой энергии»). От типа постройки зависит норма нагрузки, определяемая компаниями, поставляющими тепло, а, соответственно, расходы на теплоснабжение;
• архитектурные особенности. Во внимание принимаются габариты таких наружных ограждений, как стены, кровля, напольное покрытие и размеры оконных, дверных и балконных проемов. Немаловажными считаются этажность здания, а также наличие подвалов, чердаков и присущие им характеристики;
• норма температурного режима для каждого помещения в доме. Подразумевается температура для комфортного пребывания людей в жилой комнате или зоне административной постройки (прочитайте: «Тепловой расчет помещения и здания целиком, формула тепловых потерь»);
• особенности конструкции наружных ограждений, включая толщину и тип стройматериалов, наличие теплоизоляционного слоя и используемая для этого продукция;
• назначение помещений. Эта характеристика особо важна для производственных зданий, в которых для каждого цеха или участка необходимо создать определенные условия относительно обеспечения температурного режима;
• наличие специальных помещений и их особенности. Это касается, например, бассейнов, оранжерей, бань и т.д.;
• степень техобслуживания. Наличие/отсутствие горячего водоснабжения, централизованного отопления, системы кондиционирования и прочего;
• количество точек для забора подогретого теплоносителя. Чем их больше, тем значительнее тепловая нагрузка, оказываемая на всю отопительную конструкцию;
• количество людей, находящихся в здании или проживающих в доме. От данного значения напрямую зависят влажность и температура, которые учитываются в формуле вычисления тепловой нагрузки;
• прочие особенности объекта. Если это промышленное здание, то ими могут быть, количество рабочих дней на протяжении календарного года, число рабочих в смену. Для частного дома учитывают, сколько проживает в нем людей, какое количество комнат, санузлов и т.д.

 

Коэффициенты расчета тепловых потерь здания

Важно не только знать необходимую формулу, требующуюся для расчета необходимой энергии тепла для обогрева постройки, но и применять следующие коэффициенты, которые позволяют учитывать абсолютно все факторы, влияющие на такие вычисления:

• К1 – это тип окон, которыми оборудовано конкретное помещение;
• К2 – это показатели тепловой изоляции стен конструкции;
• К3 – показатель соотношения площади оконных проемов и полов;
• К4 – наименьшая температура снаружи дома;
• К5 – количество внешних стен, имеющихся в сооружении;
• К6 – количество этажей в постройке;
• К7 – параметр высоты помещения.

Если говорить о потерях тепла, осуществляемых через окна, важно помнить о коэффициентах для таких расчетов, которые являются:

• для окон со стандартным остеклением этот параметр составляет 1,27;
• для стеклопакетов двухкамерного типа – 1;
• для трехкамерных стеклопакетов – 0,85.

Не стоит забывать, что увеличение объема окон относительно полов в доме прямо пропорционально увеличению теплопотерь в постройке.
Так, соотношение оконных площадей и пола в жилище будет:

• для 10% – 0,8;
• для 10 – 19% – 0,9;
• для 20% – 1;
• для 21 – 29% – 1,1;
• для 30% – 1,2;
• для 31 – 39% – 1,3;
• для 40% – 1,4;
• для 50% – 1,5.

Выполняя расчет потребления необходимого количества энергии тепла, также важно помнить, что для материала, из которого изготовлены стены сооружения, также имеются свои коэффициенты:

• для блоков или бетонных панелей – от 1,25 до 1,5;
• для бревенчатых стен или стен из бруса – 1,25;
• для кирпичной кладки толщиной в 1,5 кирпича – 1,5;
• для 2,5 кирпичной кладки – 1,1;
• для блоков из пенобетона – 1.

Стоит учитывать и тот факт, что если температуры за пределами дома являются низкими, то и тепловые потери становятся более существенными, например:

• если температура достигает -10°C, то коэффициент будет составлять 0,7;
• если этот параметр является ниже -10°C, то коэффициент должен быть 0,8;
• если температура составляет -15°C, то цифра будет равна 0,9;
• при морозе в -20°C коэффициент должен составлять 1;
• величина коэффициента при -25°C – 1,2;
• в случае понижения температуры до -30°C коэффициент должен быть равен 1,2;
• если столбик термометра на улице достигает -35°C, то коэффициент должен составлять 1,3.

Кроме того, рассчитывая объем требуемого для обогрева дома тепла, важно учитывать непосредственно площадь комнаты, которая отображается как Пк, а также удельное значение, которое составляет теплопотери – это УДтп.

Так, высчитать объем возможных потерь тепла конкретного помещения можно, воспользовавшись следующей формулой: Тп = УДтп * Пл * К1 * К2 * К3 * К4 * К5 * К6 * К7. Параметр УДтп в этом случае должен быть равен 100 Вт/м².

Формулы расчёта

Исходя из общих потребностей здания в тепловой энергии и технических характеристик постройки, с целью определения оптимального количества теплоты за единицу времени могут использоваться разные стандартные формулы.

При отсутствии приборов учёта: Q = V × (Тх — Тy) / 1000

Обозначение	Параметр
V	Объём теплового носителя в отопительной системе
Тх	Показатели температурного режима нагретого теплоносителя (60-65оС)
Тy	Исходная температура не нагретого теплового носителя
1000	Стандартный поправочный числовой множитель

Схема отопления с замкнутым типом контура:

Qот = α × qо × V × (Тв — Тн.р) × (1 + Kн.р) × 0,000001

Обозначение	Параметр
α	Корректирующий погодные характеристики числовой множитель при уличном температурном режиме, отличном от минус 30оС
V	Показатели объёма строения в соответствии с наружными замерами
qо	Отопительный удельный показатель при температурном режиме -30оС
tв	Расчётные показатели внутреннего температурного режима в строении
tн.р	Расчётный режим наружного температурного режима для проектирования отопительной системы
Kн.р	Поправочный числовой множитель в виде соотношения теплопотерь с инфильтрацией и тепловой передачей посредством внешних конструктивных элементов

Применение поправочного числового множителя

При выполнении расчётов тепловой нагрузки обязательно учитывается поправочный числовой множитель, при помощи которого определяется отличие расчётного температурного режима наружного воздуха для проектов отопительных систем. В таблице представлены поправочные числовые множители для различных климатических зон, расположенных на территории Российской Федерации.

-35оС	-36оС	-37оС	-38оС	-39оС	-40оС
0,95	0,94	0,93	0,92	0,91	0,90

В других регионах России, где расчётный температурный режим наружных воздушных масс при проектировании отопительной системы находится на уровне минус 31°С или ниже, значения расчётных температур внутри обогреваемых помещений принимаются в соответствии с данными, приведёнными в действующей редакции СНиП 2.08.01-85.

На что обратить внимание при расчётах

В соответствии с действующим СНиП, на каждые 10 м2 обогреваемой площади должно приходится не менее 1 кВт тепловой мощности, но при этом в обязательном порядке учитывается так называемый региональный поправочный числовой множитель:

• зона с умеренными климатическими условиями – 1.2-1.3;
• территория южных регионов – 0.7-0.9;
• районы крайнего севера – 1.5-2.0.

Кроме прочего, немаловажное значение имеет высота потолочных конструкций и индивидуальные тепловые потери, которые напрямую зависят от типовых характеристик эксплуатируемого строения. Как правило, на каждый кубометр полезной площади затрачивается 40 ватт тепловой энергии, но при выполнении расчётов потребуется также учитывать следующие поправки:

• наличие окна – плюс 100 ватт;
• наличие двери – плюс 200 ватт;
• угловое помещение – поправочный числовой множитель 1.2-1.3;
• торцевая часть здания – поправочный числовой множитель 1.2-1.3;
• частное домовладение – поправочный числовой множитель 1.5.

Практическое значение имеют показатели потолочного и стенового сопротивления, потери тепла через конструкции ограждающего типа и функционирующую вентиляционную систему.

Вид материала	Уровень термического сопротивления
Кирпичная кладка в три кирпича	0,592 м2 × с/Вт
Кирпичная кладка в два с половиной кирпича	0,502 м2 × с/Вт
Кирпичная кладка в два кирпича	0,405 м2 × с/Вт
Кирпичная кладка в один кирпич	0,187 м2 × с/Вт
Газосиликатные блоки толщиной 200 мм	0,476 м2 × с/Вт
Газосиликатные блоки толщиной 300 мм	0,709 м2 × с/Вт
Бревенчатые стены толщиной 250 мм	0,550 м2 × с/Вт
Бревенчатые стены толщиной 200 мм	0,440 м2 × с/Вт
Бревенчатые стены толщиной 100 мм	0,353 м2 × с/Вт
Деревянный неутеплённый пол	1,85 м2 × с/Вт
Двойная деревянная дверь	0,21 м2 × с/Вт
Штукатурка толщиной 30 мм	0,035 м2 × с/Вт
Каркасные стены толщиной 20 см с утеплением	0,703 м2 × с/Вт

В результате функционирования вентиляционной системы потери тепловой энергии в зданиях составляют порядка 30-40%, через кровельные перекрытия уходит примерно 10-25%, а сквозь стены – около 20-30%, что должно учитываться при проектировании и расчёте тепловой нагрузки.

Расчет мощности системы

Поправочных коэффициентов много. Как рассчитывали нагрузку предки, без проектов? Методом проб, ошибок, учитывали большой запас.

Расчёт в процентах

Главное в самостоятельных расчетах – определить ориентировочный показатель тепла для выбора источника. Нужно учитывать:

• восполнение тепла при потерях через стены, крышу, окна, двери;
• отопление для компенсации, при вентилировании воздуха в помещениях;
• обогрев специфических объектов;
• резерв для экстремальных ситуаций: аномально холодной зимы, сооружение дополнительных хозяйственно-бытовых объектов.

Рассчитанной нагрузки, с учетом факторов, достаточно для полноценного обогрева зданий. В остальных случаях существуют проектные бюро, где за разработанные тепловые системы специалисты несут персональную ответственность

Особенности расчета

Чтобы самостоятельно подготовить расчет нагрузки понадобится документация.

Формула

• СП 131.13330.2012 Строительная климатология;
• Методика определения количества тепловой энергии, теплоносителя в водяных системах коммунального теплоснабжения от 06 мая 2000г., №105;
• ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны»;
• ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые, общественные. Параметры микроклимата в помещениях».

В нормативах содержатся параметры для расчёта нагрузки здания, кроме:

• Расположения здания;
• Объёма здания, вычисленного по внешнему периметру. Параметр можно брать из технической документации на дом (тех.паспорт), определить самостоятельно,замерив.
• Назначение вводимого в эксплуатацию дома (жилое, административное, лечебное, санаторное).
• Высота для расчета коэффициента инфильтрации — показатель противодействия ветровым, тепловым нагрузкам.

Укрупненный расчет

Для метода не требуются коэффициенты, при расчётах нагрузки достаточно знать высоту, объём, назначение, расположение здания. Остальное можно найти в технической документации.

Формула:

Qmax=αхVхq0х(tв-tн.р. )х10-6

Видео-инструкция «как пользоваться формулой «укрупленного расчета нагрузки»:

Регуляторы тепловых нагрузок

В комплект современных котлов промышленного и бытового назначения входят РТН (регуляторы тепловых нагрузок). Эти устройства (см. фото) предназначаются для поддержки мощности теплоагрегата на определенном уровне и не допускают скачков и провалов во время их работы.

РТН позволяют экономить на оплате за отопление, поскольку в большинстве случаев существуют определенные лимиты и их нельзя превышать. Особенно это касается промпредприятий. Дело в том, что за превышение лимита тепловых нагрузок следует наложение штрафных санкций.

Самостоятельно сделать проект и произвести расчеты нагрузки на системы, обеспечивающие отопление, вентиляцию и кондиционирование в здании, довольно сложно, поэтому данный этап работ, как правило, доверяют специалистам. Правда, при желании можно выполнить вычисления самостоятельно.

Нагрузки на ГВС и вентиляцию

Обычно расчет тепловой нагрузки на ГВС, отопление и вентиляцию осуществляют в комплексе. Вентиляция относится к сезонным нагрузкам и предназначается для замены уже отработанных воздушных масс на чистый воздух и для нагрева его до определенной температуры.

Формула для расчета нагрузки по системе вентиляции выглядит следующим образом:
Qв.=qв.V(tн.-tв.), где:

 

qв. — удельный показатель;

tн. и tв — температура воздуха снаружи здания и внутри его;

V — наружный объем постройки.

Когда рассчитывается на горячее водоснабжение тепловая нагрузка формула выглядит так:
Qгвс.=0,042rв(tг.-tх.)Пgср, где:

tг.-tх — температура горячей воды и холодной;

r — плотность воды;

в — отношение между максимальной нагрузкой и средней, которую определяют по ГОСТу;

П – предполагаемое количество потребителей горячего водоснабжения;

Gср — средний расход горячей воды.

Принцип гидравлического расчета для системы отопления

На этом этапе расчетов необходимо подобрать нужные параметры отопительных труб, такие как их длина и диаметр, а также осуществить балансировку всей системы посредством клапанов радиатора. Подобные вычисления также позволят определить оптимальную мощность такого функционального элемента системы, как электрический насос циркуляции.
Итоги гидравлических расчетов позволяют узнать следующие показатели: М – объем воды, который расходуется в процессе работы (измеряется в кг/с), DP1, DP2… DPn – это тот напор, который теряется при прохождении теплоносителя от котла к каждому из радиаторов. Как следствие, расход воды можно высчитать по следующей формуле: M = Q/Cp * DPt Q, где Ср – это параметр удельной теплоемкости теплоносителя, который равен в среднем 4,19 кДж, а DPt – это разница температур воды на входе в котел и на выходе из него.

Проведение всех вышеперечисленных расчетов позволит оборудовать надежную, экономичную и эффективную систему отопления и не даст механизму выйти из строя в самый неприятный момент.

Тепловой расчет помещения на видео:

Пример расчета коэффициента теплопотерь в частном доме: формула успеха

Формула расчёта тепла на отопление помещения легко применима к любому зданию. В качестве примера рассмотрим гипотетическое здание с простым остеклением, деревянными стенами и соотношением окна – пол равным 20%. Он расположен в умеренном климатическом поясе, где минимальная температура снаружи – 25 градусов. Имеет 4 стены, высотой по 3 м. Над отапливаемым помещением находится холодный чердак. Значение коэффициентов выясняется по таблице К1 – 1,27, К2 – 1,25, К3 – 1, К4 – 1,1, К5 – 1,33, К6 – 1, К7 – 1,05. Площадь помещения составляет 100 кв.м. Формула уравнения теплового баланса не сложная и под силу каждому человеку.

Так как известна формула количество тепла, необходимое для отоплении помещения, можно рассчитать следующим образом:

Тп = 100*100*1,27*1,25*1*1,1*1,33*1*1,05 = 24386,38 Вт = 24,386 кВт

И чтобы провести расчёт тепловой энергии на отопление формула мощности котла используется следующим образом:

Мк = 1,2*24,386 = 29,2632 кВт.