Содержание

Система отопления восполняет теплопотери через
Зачем нужен расчёт теплопотерь дома

Система отопления восполняет теплопотери через

Дом теряет тепло через ограждающие конструкции (стены, окна, крыша, фундамент), вентиляцию и канализацию. Основные потери тепла идут через ограждающие конструкции — 60–90% от всех теплопотерь.

Расчет теплопотерь дома нужен, как минимум, чтобы правильно подобрать котёл. Также можно прикинуть, сколько денег будет уходить на отопление в планируемом доме. Вот пример расчёта для газового котла и электрического. Также можно благодаря расчётам провести анализ финансовой эффективности утепления, т.е. понять окупятся ли затраты на монтаж утепления экономией топлива за срок службы утеплителя.

Приведу пример расчета для внешних стен двухэтажного дома.

1) Вычисляем сопротивление теплопередаче стены, деля толщину материала на его коэффициент теплопроводности. Например, если стена построена из тёплой керамики толщиной 0,5 м с коэффициентом теплопроводности 0,16 Вт/(м×°C), то делим 0,5 на 0,16:

0,5 м / 0,16 Вт/(м×°C) = 3,125 м 2 ×°C/Вт

Коэффициенты теплопроводности строительных материалов можно взять здесь.

2) Вычисляем общую площадь внешних стен. Приведу упрощённый пример квадратного дома:

(10 м ширина × 7 м высота × 4 стороны ) — (16 окон × 2,5 м 2 ) = 280 м 2 — 40 м 2 = 240 м 2

3) Делим единицу на сопротивление теплопередаче, тем самым получая теплопотери с одного квадратного метра стены на один градус разницы температуры.

1 / 3,125 м 2 ×°C/Вт = 0,32 Вт / м 2 ×°C

4) Cчитаем теплопотери стен. Умножаем теплопотери с одного квадратного метра стены на площадь стен и на разницу температур внутри дома и снаружи. Например, если внутри +25°C, а снаружи –15°C, то разница 40°C.

0,32 Вт / м 2 ×°C × 240 м 2 × 40 °C = 3072 Вт

Вот это число и является теплопотерей стен. Измеряется теплопотеря в ваттах, т.е. это мощность теплопотери.

5) В киловатт-часах удобнее понимать смысл теплопотерь. За 1 час через наши стены при разнице температур в 40°C уходит тепловой энергии:

3072 Вт × 1 ч = 3,072 кВт×ч

За 24 часа уходит энергии:

3072 Вт × 24 ч = 73,728 кВт×ч

Понятное дело, что за время отопительного периода погода разная, т.е. разница температур всё время меняется. Поэтому, чтобы вычислить теплопотери за весь отопительный период, нужно в пункте 4 умножать на среднюю разницу температур за все дни отопительного периода.

Например, за 7 месяцев отопительного периода средняя разница температур в помещении и на улице была 28 градусов, значит теплопотери через стены за эти 7 месяцев в киловатт-часах:

0,32 Вт / м 2 ×°C × 240 м 2 × 28 °C × 7 мес × 30 дней × 24 ч = 10838016 Вт×ч = 10838 кВт×ч

Число вполне «осязаемое». Например, если бы отопление было электрическое, то можно посчитать сколько бы ушло денег на отопление, умножив полученное число на стоимость кВт×ч. Можно посчитать сколько ушло денег на отопление газом, вычислив стоимость кВт×ч энергии от газового котла. Для этого нужно знать стоимость газа, теплоту сгорания газа и КПД котла.

Кстати, в последнем вычислении вместо средней разницы температур, количества месяцев и дней (но не часов, часы оставляем), можно было использовать градусо-сутки отопительного периода — ГСОП, некоторая информация про ГСОП здесь. Можно найти уже посчитанные ГСОП для разных городов России и перемножать теплопотери с одного квадратного метра на площадь стен, на эти ГСОП и на 24 часа, получив теплопотери в кВт*ч.

Аналогично стенам нужно посчитать значения теплопотерь для окон, входной двери, крыши, фундамента. Потом всё просуммировать и получится значение теплопотерь через все ограждающие конструкции. Для окон, кстати, не нужно будет узнавать толщину и теплопроводность, обычно уже есть готовое посчитанное производителем сопротивление теплопередаче стеклопакета. Для пола (в случае плитного фундамента) разница температур не будет слишком большой, грунт под домом не такой холодный, как наружный воздух.

Примерный объем имеющегося воздуха в доме (объём внутренних стен и мебели не учитываю):

10 м х10 м х 7 м = 700 м 3

Плотность воздуха при температуре +20°C 1,2047 кг/м 3 . Удельная теплоемкость воздуха 1,005 кДж/(кг×°C). Масса воздуха в доме:

700 м 3 × 1,2047 кг/м 3 = 843,29 кг

Допустим, весь воздух в доме меняется 5 раз в день (это примерное число). При средней разнице внутренней и наружной температур 28 °C за весь отопительный период на подогрев поступающего холодного воздуха будет в среднем в день тратится тепловой энергии:

5 × 28 °C × 843,29 кг × 1,005 кДж/(кг×°C) = 118650,903 кДж

118650,903 кДж = 32,96 кВт×ч (1 кВт×ч = 3600 кДж)

Т.е. во время отопительного периода при пятикратном замещении воздуха дом через вентиляцию будет терять в среднем в день 32,96 кВт×ч тепловой энергии. За 7 месяцев отопительного периода потери энергии будут:

7 × 30 × 32,96 кВт×ч = 6921,6 кВт×ч

Во время отопительного периода поступающая в дом вода довольно холодная, допустим, она имеет среднюю температуру +7°C. Нагрев воды требуется, когда жильцы моют посуду, принимают ванны. Также частично нагревается вода от окружающего воздуха в бачке унитаза. Всё полученное водой тепло жильцы смывают в канализацию.

Допустим, что семья в доме потребляет 15 м 3 воды в месяц. Удельная теплоёмкость воды 4,183 кДж/(кг×°C). Плотность воды 1000 кг/м 3 . Допустим, что в среднем поступающая в дом вода нагревается до +30°C, т.е. разница температур 23°C.

Соответственно в месяц теплопотери через канализацию составят:

1000 кг/м 3 × 15 м 3 × 23°C × 4,183 кДж/(кг×°C) = 1443135 кДж

1443135 кДж = 400,87 кВт×ч

За 7 месяцев отопительного периода жильцы выливают в канализацию:

7 × 400,87 кВт×ч = 2806,09 кВт×ч

В конце нужно сложить полученные числа теплопотерь через ограждающие конструкции, вентиляцию и канализацию. Получится примерное общее число теплопотерь дома.

Надо сказать, что теплопотери через вентиляцию и канализацию довольно стабильные, их трудно уменьшить. Не будете же вы реже мыться под душем или плохо вентилировать дом. Хотя частично теплопотери через вентиляцию можно снизить с помощью рекуператора.

Если я где-то допустил ошибку, напишите в комментарии, но вроде всё перепроверил несколько раз. Надо сказать, что есть значительно более сложные методики расчета теплопотерь, там учитываются дополнительные коэффициенты, но их влияние незначительное.

Дополнение.
Расчет теплопотерь дома также можно сделать с помощью СП 50.13330.2012 (актуализированная редакция СНиП 23-02-2003). Там есть приложение Г «Расчет удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию жилых и общественных зданий», сам расчет будет значительно сложнее, там используется больше факторов и коэффициентов.

Буду рад вашим комментариям по теме статьи, каким-то дополнениям.
Помните, автор — обычный человек, у меня не всегда есть время ответить, если задаёте вопрос по своей стройке.

Показаны 25 последних комментариев. Показать все комментарии (57).

Виктор (26.11.2015 05:20)
Дмитрий, спасибо за статью! Но вот как пользоваться этими данными не совсем понятно, я дом уже построил, но хочу второй этаж перестроить вот и ломаю голову из какого материала и какую систему отопления использовать, ПВХ или сталь, сталь на первом этаже, но на втором склоняюсь больше к ПВХ — чтобы теплосъема с труб было меньше, а также котел какой установить, можете что-нибудь про это написать?

Дмитрий (11.01.2016 06:03)
Дмитрий, здравствуйте, у меня возник вопрос по таблицам.Расчеты производятся по Цельсиям, а теплопроводность приводится и в Вт/м*К и в Вт/м*С(к примеру: пенополистилол до50кг/куб.м:в одной таблице Вт/м*К=0,040, в другой Вт/м*С=0,040(0,036-0,041).Как решить этот вопрос-все в кельвинах считать или?

Виктор (16.02.2016 09:42)
Расчет по теплопотерям слишком упрощенный. Дает заниженные значения.

Дочка (она теплотехник) давала алгоритм расчета тепловой нагрузки (упрощеный вариант, без учета инсоляции), куда входят как теплопотери, так и такие параметры как объем здания, коэффициент инфильтрации и еще ряд парамтеров.

Для одного и того же здания и одних и тех же условий расчет по этому алгоритму дает тепловую нагрузку в 17.2кВт. В то время как расчет по суммарным теплопотерям — всего 10.5кВт. Разница существенная.

Зачем нужен расчёт теплопотерь дома

Что же такое теплопотери? Представим себе параллелипипед с перегородкой посередине. Например такой.

Получается внутри два куба с одной общей стенкой. Теперь представим, что в одном кубе температура воздуха, скажем, +20 градусов, во втором кубе +30.

Если теперь эту систему оставить не некоторое время, то, по законам физики, система будет стремиться к равновесному и низшему энергетическому потенциалу, то есть температуры станут равными (30+20)\2=25 градусов в каждом кубе. Вот эти 5 градусов (разница между исходной температурой и равновесной) и будут, в некотором роде, являться теплопотерями через смежную стенку. Теперь можно провести аналогию, и представить смежную стену перекрытиями и стенами нашего дома. Есть температура внутри дома, и температура на улице. Как только возникает разница между этими температурами (независимо от времени года – летом на улице теплее, зимой — холоднее), возникают теплопотери через наши ограждающие конструкции. И чем больше разница температур, тем, соответственно, больше теплопотери.

За год температура окружающей среды меняется довольно сильно, условно от -30 градусов зимой, до +30 градусов летом. Получается «температурный коридор» в 60 градусов. Человек же себя нормально чувствует в достаточно узком диапазоне температур, условно от +18 до +22-24 градусов. Здесь разница составляет всего 4-6 градусов. Так что для нормальной жизни приходится поддерживать температуру в помещениях как раз на уровне 18-24 градуса. Зимой приходится обогревать помещения, летом – охлаждать.

Вернемся к нашим кубам. Если представить, что передача энергии возможна только через смежную стенку, то скорость установления равновесной температуры будет зависеть только от свойств этой стенки. Существуем такое понятие, как коэффициент теплопроводности. Под этим понятием подразумевается, какое количество теплоты может пройти сквозь один квадратный метр поверхности материала, при толщине материала один метр, при разнице температур между поверхностями один градус. Чем этот параметр выше, тем быстрее у наших кубов установится равновесная температура, и наоборот.

Теперь мы подходим к главному. Расчет теплопотерь – это отправная точка для проектирования системы отопления и (или) кондиционирования. Ведь нам надо знать, какое количество тепла всё же пройдет через наши ограждающие конструкции, которое придется восполнять. Расчет теплопотерь всего здания дает нам представление о необходимой мощности отопительного агрегата (в дальнейшем будем иметь в виду отопление, но и для кондиционирования те же законы), расчет теплопотерь в помещениях дает нам представление о необходимой мощности радиаторов.

Возможно, читатель задаст вопрос – а стоит ли рассчитывать теплопотери, если есть «усредненные» нормативы, вроде «100 Ватт на квадратный метр площади помещения». Мой ответ – да, стоит! Ведь в нашу эру энергоэффективных домов, огромной номенклатуры различных материалов и тенденции постоянного роста цен на энергоносители, люди стараются всячески снизить теплопотери, чтобы понизить счета за отопление. И теперь цифра «100 Ватт на квадрат» является одновременно или очень большой или очень малой. При расчете по норме «100 Ватт на квадрат», у нас окажется или огромный «запас мощности отопления» (перегрев помещения) или некомфортное недогреваемое (холодное) помещение. Отсюда большие суммы на бесполезную закупку излишнего количества радиаторов, неоправданно больших сечений труб, и расходование в дальнейшем излишне большого количества топлива.

Ведь разные помещения имеют разные теплопотери, приведенные к квадратному метру площади помещения, отличающиеся друг от друга в разы.

Для наглядности упрощенно подсчитаем теплопотери только через стены (допустим, что теплопотери составляют 260 Вт на погонный метр наружной стены при высоте потолков 2,5 метра). И получается, что, например, санузел, расположенный в углу коробки дома (у смыкания наружных стен), площадью 1,5м х 2м = 3 кв.м может иметь теплопотери около 910 Вт, т.е. 303 Вт/кв.м. В то же время неугловая комната площадью 3,5 м х 4 м = 14 кв.м (с наружной стеной в 3,5 м) будет иметь такие же теплопотери в 910 Вт, т.е. 65 Вт/кв.м. Т.е., если бы мы поставили количество секций радиатора исходя из площади помещений (при мощности 120 Вт/секция), то в санузле мы бы поставили 3 секции радиатора вместо нужных 7-8 секций. А в вышеупомянутой комнате бы поставили 12 секций, вместо нужных 7-8.

Поэтому, когда отсутствует расчет теплопотерь, обычно вынужденно закладывают до 50% запаса мощности отопительных приборов (радиаторов), что приводит к перерасходу средств на покупку отопительных приборов в среднем на 30-50%, что может составлять десятки тысяч рублей. Т.е., вместо того, чтобы потратить на радиаторы 100 т.рублей, Вы потратите не менее 130-150 т.рублей.

Вторым плюсом расчета теплопотерь является подбор оптимальной толщины утеплителя. Ведь зачем применять излишне большую толщину утеплителя, если разница между максимальным и оптимальным утеплением будет окупаться 50-150 лет?

Пример выполненного расчета теплопотерь для двухэтажного дома площадью 210 кв.метров —

Благодаря выполненному расчету теплопотерь, можно точно знать какая потребность в тепле у каждого помещения. В том числе какая теплопотребность каждого помещения на 1 кв.метр этого помещения. А знание этих величин, позволяет при проектировании системы отопления дополнительно минимизировать расходы на приобретение радиаторов с помощью точного расчета величины доли мощности отопления, даваемой водяными теплыми полами. Что повышает комфортность отопления за счет более равномерного распределения тепла, и экономит заказчику еще дополнительно много тысяч рублей, на приобретение радиаторов (ОП) и метража труб для водяных теплых полов.