Тепловая характеристика здания и расчет потребности в тепле на отопление по укрупненным измерителям

Для теплотехнической оценки конструктивно-планировочных решений и для ориентировочного расчета теплопотерь зданий пользуются показателем — удельная тепловая характеристика здания q.

Величина q, Вт/(м 3 *К) [ккал/(ч*м 3 *°С)], определяет средние теплопотери 1 м 3 здания, отнесенные к расчетной разности температур, равной 1°:

где Q_зд — расчетные теплопотери всеми помещениями здания;

V — объем отапливаемой части здания до внешнему обмеру;

t_п-t_н — расчетная разность температур для основных помещений здания.

Величину q определяют в виде произведения:

где q₀ — удельная тепловая характеристика, соответствующая разности температур Δt₀=18-(-30)=48°;

β_t — температурный коэффициент, учитывающий отклонение фактической расчетной разности температур от Δt₀.

Удельная тепловая характеристика q₀ может быть определена по формуле:

Эту формулу можно преобразовать в более простое выражение, пользуясь приведенными в СНиП данными и приняв, например, за основу характеристики для жилых зданий:

где R₀ — сопротивление теплопередаче наружной стены;

η_ок — коэффициент, учитывающий увеличение теплопотерь через окна по сравнению с наружными стенами;

d — доля площади наружных стен, занятая окнами;

ηпт, ηпл -коэффициенты, учитывающие уменьшение теплопотерь через потолок и пол по сравнению с наружными стенами;

F_c — площадь наружных стен;

F_п — площадь здания в плане;

V — объем здания.

Зависимость удельной тепловой характерношки q₀ от изменения конструктивно-планировочного решения здания, объема здания V и относительного к R₀ тр сопротивления теплопередаче наружных стен β, высота здания h, степени остекления наружных стен d, коэффициента теплопередачи окон k_он и ширины здания b.

Температурный коэффициент β_t равен:

Формула соответствует значениям коэффициента β_t, которые обычно приводятся в справочной литературе.

Характеристикой q удобно пользоваться для теплотехнической оценки возможных конструктивно-планировочных решений здания.

Если в формулу подставить значение Q_зд, то ее можно привести к виду:

Величина тепловой характеристики, зависит от объема здания и, кроме того, от назначения, этажности и формы здания, площади и теплозащиты наружных ограждений, степени остекления здания и района строительства. Влияние отдельных факторов на величину q очевидно из рассмотрения формулы. На рисунке показана зависимость qо от различных характеристик здания. Реперной точке на чертеже, через которую проходят все кривые, соответствуют значения: q_о=О,415 (0,356) для здания V=20*103 м 3 , шириной b=11 м, d=0,25 R_o=0,86(1,0), k_ок=3,48 (3,0); длиной l=30 м. Каждая кривая соответствует изменению одной из характеристик (дополнительные шкалы по оси абсцисс) при прочих равных условиях. Вторая шкала на оси ординат показывает эту зависимость в процентах. Из графика видно, что заметное влияние на qo оказывает степень остекленности d и ширина здания Ь.

График отражает влияние теплозащиты наружных ограждений на общие теплопотери здания. По зависимости qo от β o=β*R_о.тр) можно сделать вывод, что при увеличении теплоизоляции стен тепловая характеристика уменьшается незначительно, тогда как при ее снижении qo начинает быстро возрастать. При дополнительной теплозащите оконных проемов (шкала k_ок) заметно уменьшается qo, что подтверждает целесообразность увеличения сопротивления теплопередаче окон.

Величины q для зданий различных назначений и объемов приводятся в справочных пособиях. Для гражданских зданий эти значения изменяются в следующих пределах:

Объем здания, тыс. м 3	До 5	10	15	> 15
Тепловая характеристика q:
Вт/(м 3 *К)	0,56—0,41	0,52—0,35	0,49—0,31	0,46—0,21
[ккал/ч м 3 °C]	0,48—0,35	0,45—0,3	0,42—0,27	0,4—0,18

Потребность в тепле на отопление здания может заметно отличаться от величины теплопотерь, поэтому можно вместо q пользоваться удельной тепловой характеристикой отопления здания qот, при вычислении которой по верхней формуле числитель подставляют не теплопотери, а установочную тепловую мощность системы отопления Q_от.уст.

где Q_от — определяется по формуле:

где Q_orp — потери тепла через наружные ограждения;

Q_вент — расход тепла на нагревание воздуха, поступающего в помещение;

Q_тexн — технологические и бытовые тепловыделения.

Значения qот могут быть использованы для расчета потребности в тепле на отопление здания по укрупненным измерителям по следующей формуле:

Расчет тепловых нагрузок на системы отопления по укрупненным измерителям используют для ориентировочных подсчетов при определении потребности в тепле района, города, при проектировании центрального теплоснабжения и пр.

Как рассчитывается удельная отопительная характеристика здания – теория и практика

В последние годы значительно повысился интерес населения к расчёту удельной тепловой характеристики зданий. Этот технический показатель указывается в энергетическом паспорте многоквартирного дома. Он необходим при осуществлении проектно-строительных работ. Потребителей же интересует другая сторона этих расчётов — расходы за теплоснабжение.

Термины, применяемые в расчётах

Удельная отопительная характеристика здания — показатель максимального теплового потока, который нужен для обогрева конкретного здания. При этом перепад между температурой внутри здания и снаружи определяют в 1 градус.

Можно сказать, что эта характеристика наглядно показывает энергоэффективность здания.

Существует различная нормативная документация, где указываются средние значения. Степень отклонения от них и даёт представление о том, насколько эффективна удельная отопительная характеристика сооружения. Принципы расчёта берутся по СНиП «Тепловая защита зданий».

Какими бывают расчёты

Удельную отопительную характеристику определяют разными методами:

• исходя из расчётно-нормативных параметров (с помощью формул и таблиц);
• по фактическим данным;
• индивидуально разработанные методики саморегулирующихся организаций, где во внимание принимаются так же и год возведения здания, и проектные особенности.

Вычисляя фактические показатели, обращают внимание на тепловую потерю в трубопроводах, которые проходят по неотапливаемым площадям, потери на вентиляцию (кондиционирование).

При этом, при определении удельной отопительной характеристики здания, СНиП «Вентиляция отопление и кондиционирование станет настольной книгой. Тепловизионное обследование поможет наиболее правильно выяснить показатели энергоэффективности.

Формулы расчёта

Количество теплоты, теряемой 1 м. куб. здания, с учётом температурной разницы в 1 градус (Q) можно получить по следующей формуле:

Этот расчёт не является идеальным, несмотря на то, что в нём учитывается площадь здания и размеры наружных стен, оконных проёмов и пола.

Есть другая формула, по которой можно выполнить расчёт фактической характеристики, где за основу вычислений берут годовой расход топлива (Q), среднюю температурный режим внутри здания(tint) и на улице (text) и отопительный период (z):

Несовершенство этого вычисления в том, что не в нём не отражена разница температур в помещениях здания. Наиболее удобной считается система расчёта, предложенная профессором Н. С. Ермолаевым:

Преимущество использования этой системы расчёта в том, что в ней учитываются проектировочные характеристики здания. Используется коэффициент, который показывает соотношение размера остекленных окон по отношению к площади стен. В формуле Ермолаева применяются коэффициенты таких показателей, как теплопередача окон, стен, потолков и полов.

Что означает класс энергоэффективности?

Цифры, полученные по удельной тепло характеристике, используются для того, чтобы определить энергоэффективность здания. По законодательству, начиная с 2011 года, все многоквартирные дома должны иметь класс энергоэффективности.

Для того, чтобы определить энергетическую эффективность, отталкиваются от следующих данных:

• Разница между расчётно-нормативными и фактическими показателями. Фактические иногда определяют способом тепловизионного обследования. В нормативных показателях отражаются расходы на отопление, вентиляцию и климатические параметры региона.
• Учитывают тип здания и стройматериалы, из которого оно возведено.

Класс энергоэффективности записывают в энергетический паспорт. У разных классов имеются свои показатели расхода энергоресурсов в течение года.

Как можно улучшить энергоэффективность сооружения

Если в процессе расчётов выясняется низкая энергоэффективность сооружения, то есть несколько путей для того, чтобы исправить ситуацию:

1. Улучшения показателей теплосопротивления конструкций добиваются с помощью облицовки наружных стен, утепления тех этажей и перекрытий над подвальными помещениями теплоизолирующими материалами. Это могут быть сэндвич панели, полипропиленовые щиты, обычное оштукатуривание поверхностей. Эти меры повышают энергосбережение на 30-40 процентов.
2. Иногда приходится прибегать к крайним мерам и приводить в соответствие с нормативами площади остеклённых конструктивных элементов здания. То есть закладывать лишние окна.
3. Дополнительный эффект даёт установка окон с теплосберегающими стеклопакетами.
4. Остекление террас, балконов и лоджий даёт прирост энергосбережения на 10-12 процентов.
5. Производят регулировку подачи тепла в здание с помощью современных систем контроля. Так, установка одного терморегулятора обеспечит экономию топлива на 25 процентов.
6. Если здание старое, меняют полностью морально устаревшую отопительную систему на современную (установка алюминиевых радиаторов с высоким КПД, пластиковых труб, в которых теплоноситель циркулирует свободно.)
7. Иногда достаточно произвести тщательную промывку «закоксованных» трубопроводов и отопительного оборудования, чтобы улучшить циркуляцию теплоносителя.
8. Есть резервы и в системах вентиляции, которые можно заменить на современные с микро проветриванием, устанавливаемым в окнах. Сокращение теплопотерь на некачественном вентилировании значительно улучшает энергоэффективность дома.
9. Во многих случаях большой эффект дает монтаж теплоотражающих экранов.

В многоквартирных домах добиться повышения энергоэффективности гораздо сложнее, чем в частных. Требуются дополнительные затраты и не всегда они дают ожидаемый эффект.

Заключение

Результат может дать только комплексный подход с участием самих жильцов дома, которые более всех заинтересованы в тепло сбережении. Стимулирует к экономии энергоресурсов установка тепловых счётчиков.

В настоящее время рынок насыщен оборудованием, которое позволяет сэкономить энергоресурсы. Главное — иметь желание и произвести правильные расчёты, удельной отопительной характеристики здания, по таблицам, формулам или тепловизионного обследования. Если это не получается сделать самостоятельно, можно обратиться к специалистам.

Что необходимо для подсчета удельной тепловой характеристики здания

Расчетно-нормативные и фактические показатели удельной тепловой характеристики являются основными маркерами, применяемыми специалистами в области теплотехники. Цифры обладают практическим значением для потребителей собственных и многоэтажных домов. Дельта между расчетными и фактическими показателями является коэффициентом эффективности энергии помещения, который отражает экономичность тепловых коммуникаций.

Понятие удельной тепловой характеристики здания

Удельная тепловая характеристика здания — важный технический параметр, который содержится в паспорте. Расчет требуется при проектировании и стройке здания. Знание маркеров нужно потребителю тепловой энергии, так как они оказывают влияние на показатель тарифа. Удельная характеристика подразумевает наличие значения крупнейшего потока тепла, требуемого для обогревания помещения. При расчете показателя разница уличного и комнатного показателя измеряется 1 градусом. Параметр является показателем энергоэффективности помещения. Средний коэффициент фиксируется в нормативной документации. Изменение маркеров отражает энергетическую эффективность системы. Расчет параметров проводится по установленным правилам СНиП.

Методика расчета удельной тепловой характеристики

Удельная отопительная характеристика может носить расчетно-нормативный или фактический характер. Первый способ предполагает использование формул и таблиц. Фактические показатели подлежат расчету, но точные результаты определяются при тепловизионном обследовании здания.

Расчетно-нормативная

Расчетные данные вычисляются при помощи формулы

• q_зд (Вт/(м 3о С)) — показатель теплоты, теряемой одним кубическим метром здания при разнице температур в 1 градус;
• F₀ (м 2 ) — маркер отапливаемой площади;
• F_ст, F_ок, F_пол, F_пок (м 2 ) — показатель площади стен, окон и покрытия;
• R_т.ст, R_т.ок, R_т.пол, R_т.пок— маркер сопротивления передачи тепла поверхностью;
• N — коэффициент, который находится в зависимости от положения помещения относительно улицы.

Это не единственный способ вычисления. Рассчитываться характеристики могут при помощи местных норм строительства, а также посредством определенных показателей здания с саморегуляцией.

При расчете задействованы фактические параметры:

• Q — маркер расхода топлива;
• Z — коэффициент продолжительности отопительного сезона;
• T_int — показатель средней температуры воздуха в помещении;
• T_ext — маркер средней уличной температуры;
• Q — коэффициент удельной тепловой характеристики помещения.

Чаще всего прибегают к этому вычислению, так как оно проще. Однако есть существенный минус, который влияет на точность конечного результата: учитывается разница температуры в помещениях постройки. Для получения данных, обладающих наибольшей информативностью, прибегают к вычислениям, определяющим расход тепла по показателю теплопотери в различных зданиях и данным проектной документации.

Фактическая

Саморегулирующие организации используют собственные способы.

В них содержатся:

• данные планировки;
• составляющие архитектуры;
• год постройки здания.
• маркеры температуры воздуха на улице в сезон отопления.

Помимо этого удельный показатель отопительной характеристики определяется с учетом потери тепла в трубах, проходящих через холодные помещения, а также расхода на конденсат и вентиляцию. Коэффициенты содержатся в таблицах СНиП.

Определение класса энергоэффективности

Показатель удельной отопительной характеристики здания является основным маркером класса энергоэффективности любой постройки. Он определяется в обязательном порядке в жилых домах со множеством квартир.

Определение маркера осуществляется на основе следующих данных:

• Изменение фактических и расчетно-нормативных маркеров. Первые получают практическим методом, а также при помощи обследования тепловизии.
• Характеристика климата местности.
• Нормативные данные о расходах на отопление, вентиляцию.
• Тип постройки.
• Технические данные строительных материалов.

Каждый класс энергоэффективности обладает определенным значением расхода ресурса за год. Показатель содержится в паспорте дома.

Основные методы улучшения энергоэффективности

Оптимизация показателей подразумевает снижение тарифа на отопление благодаря улучшению теплоизоляции.

К основным методам следует отнести:

• Повышение уровня теплосопротивления строящегося здания. Проводятся облицовочные работы стен, перекрытия отделываются теплоизоляционными материалами. Индикатор энергосбережения повышается до 40%.
• Устранение в строящемся здании мостиков холода. Сбережение энергии увеличивается на 3%.
• Остекление лоджий и балконов. Способ оптимизирует сохранение тепла на 10—12%.
• Монтаж инновационных моделей окон с профилями, содержащими несколько камер.
• Установка системы вентиляции.

Повысить степень теплоизоляции могут и жильцы. Среди основных методов следует отметить:

• монтаж радиаторов из алюминия;
• установку термостатов;
• монтаж тепловых счетчиков;
• установку экранов, которые отражают тепловые потоки;
• применение пластмассовых труб в отопительной системе;
• установку индивидуальной отопительной системы.

Повышением энергоэффективности можно добиться сокращения издержек на вентиляцию помещения. Рекомендуется использовать:

• оконное микропроветривание;
• систему с подогревом воздуха, который поступает извне;
• регуляцию подачи воздуха;
• защиту от сквозняков;
• вентиляционные системы с двигателями разных мощностей.

Для улучшения энергоэффективности многоквартирного дома нужны большие затраты. Иногда проблема остается нерешенной. Сокращение потери тепла в частном доме отличается простотой. Она достигается различными способами. При комплексном подходе к проблеме добиваются положительного результата. Затраты на отопление зависят от особенностей системы.

Дома частного сектора изредка подключены к коммуникациям центрального назначения. По большей части они имеют индивидуальную котельную. Установка современной системы, которую отличает высокий уровень КПД, способствует сокращению расходов на тепло. Лучшим выбором становится газовый котел. Также показано оснащение котла дополнительным оборудованием. К примеру, монтаж терморегулятора может сэкономить расход топлива на 25%. Установка дополнительных датчиков способствует увеличению экономии потребления газа.

Функциональность большей части автономных систем основана на принудительной циркуляции теплоносителя. С этой целью в сеть монтируется насос. Оборудование должно отличаться надежностью и высоким качеством. Но такие модели используют большое количество энергии. В домах с принудительной циркуляцией 30% затрат уходит на эксплуатацию циркуляционного насоса. На рынке представлены марки агрегатов класса А, отличающиеся энергоэффективностью.

Сохранение тепла обеспечивает терморегулятор. Работа датчика отличается простотой. Температура воздуха считывается внутри обогреваемого помещения. В результате насос находится в режиме отключения и включения в зависимости от температуры в квартире или доме. Граница срабатывания и температурный режим задается пользователем. Жильцы применяют автономную систему отопления и получают хороший микроклимат, а также экономию потребления топлива. Основным приоритетом теплозащитных термостатов является отключение нагревателя и насоса циркуляции. Оборудование сохраняет работоспособность.

Для повышения эффективности энергии существуют и другие методы:

• утепление стен и полов посредством инновационных теплоизолирующих материалов;
• монтаж пластиковых окон;
• защита помещений от сквозняков.

Все способы дают возможность увеличить фактические показатели теплозащиты здания относительно расчетно-нормативных показателей. Увеличенный маркер отражает степень комфорта и экономии.