Скорость остывания дома без отопления

Зима. Мороз. Аварийно отключено водяное отопление. Сколько времени есть на ремонт и восстановление работоспособности системы отопления без слива до размораживания? За какое время воздух в помещении остынет до критической температуры, при которой возникнет.

. опасность замерзания воды в трубах?

Критическим значением температуры внутреннего воздуха помещений принято считать +8°C. Предполагается, что при этом в подвалах, технических помещениях, на лестничных клетках температура может оказаться уже отрицательной, и последствия могут быть катастрофическими.

На скорость остывания дома влияют множество факторов: температура и влажность наружного воздуха, скорость и направление ветра, уровень и продолжительность инсоляции, наличие или отсутствие иных внутренних источников тепла (включая людей и животных), инфильтрация, вентиляция.

В расчете, представленном далее, будет учитываться только температура наружного воздуха. Этот факт не добавляет точности, делая расчет, по сути, оценочным, зато существенно его упрощает.

Следует заметить, что наука предлагает более высокоточные алгоритмы расчета скорости остывания дома (например: docplayer.ru/44638823-K-teorii-matematicheskogo-modelirovaniya-teplovogo-rezhima-zdaniy.html). Однако вся их точность нивелируется сложностью корректного определения фактических значений многочисленных исходных данных. А так как исходных параметров много, то неточности их значений в результате вычислений накапливаются в одной большой погрешности конечного результата.

Теория.

По классическому закону Ньютона-Рихмана время нагрева (охлаждения) тела в среде с постоянной температурой определяется по формуле:

z=(LN (ABS (t_н-t₁)) -LN (ABS (t_н-t₂)))·c·ρ·V/(α·F), с (1)

• t_н — температура среды, °C
• t₁ — начальная температура тела, °C
• t₂ — температура тела по истечении времени z, °C
• c — удельная теплоемкость тела, Дж/(кг·К)
• ρ — плотность тела, кг/м3
• V — объем тела, м3
• α — коэффициент теплоотдачи на границе поверхность тела — среда, Вт/(м2·К)
• F — площадь поверхности тела, м2

Выделим правую часть формулы и обозначим β:

β=c·ρ·V/(α·F), с (2)

β имеет размерность времени — секунда:

В строительной теплотехнике величину β принято называть коэффициентом аккумуляции тепла здания и считать не в секундах, а в часах.

Наиболее надежным, достаточно точным и простым способом определения коэффициента аккумуляции здания β является практический замер температуры воздуха в помещении (как правило, в угловом) при отключенном отоплении и достаточно стабильной наружной температуре при пасмурной безветренной погоде без осадков.

Если температура воздуха в точке замера снизится с t₁ до t₂ за z часов, то согласно тем же формулам (1) и (2):

β=z/LN ((t₁-t_н)/(t₂-t_н)), час (3)

Для некоторых типов зданий значения β приведены в таблице:

* МДС 41-6.2000, Таблица 2, автор таблицы: к.т.н. Брайнина Е.Ю.

** Богословский В.Н., Сканави А.Н. Отопление, Москва, Стройиздат, 1991, стр. 81

Зная коэффициент аккумуляции β, можно достаточно легко смоделировать процесс остывания, вычислив время и среднюю скорость остывания дома:

z=β·LN ((t₁-t_н)/(t₂-t_н)), час (4)

Расчет в Excel скорости и времени остывания помещения.

На скриншотах далее представлен пример выполнения расчета, реализованного в Excel, с интерактивным отображением графика остывания помещения.

Задав исходные данные, вписав их в ячейки со светло-зеленой и светло-бирюзовой заливкой, пользователь получает автоматически вычисленные время z и скорость остывания v в ячейках листа Excel со светло-желтой заливкой фона.

Меняя шаг времени (в примере задан шаг 2 часа), можно визуально оценить темп остывания в разные по длине периоды времени.

В примере на скриншотах воздух в некоем помещении с коэффициентом аккумуляции β=20 часов остывает с t₁=20°C до t₂=8°C при температуре наружного воздуха t_н=-10°C. Расчет в Excel показывает, что этот процесс по времени займет z=10,2 часа.

Средний темп падения температуры или скорость остывания в течение этого промежутка времени составит v=1,2°C/час. Самая большая скорость остывания будет в первый час после отключения отопления: v_max=1,4°C/час.

Беглого взгляда на график достаточно, чтобы понять, что отрицательной температура воздуха в помещении станет через 22 часа.

Программу можно использовать для расчета коэффициента аккумуляции β или температуры воздуха в помещении t₂ по известному времени остывания z при помощи сервиса Excel «Подбор параметра».

Заключение.

Скорость остывания дома при отключении отопления зависит в первую очередь при отсутствии инфильтрации от коэффициента аккумуляции здания и от разницы между внутренней и внешней температурой воздуха.

Наибольшей способностью аккумулировать (запасать и сохранять) тепло обладают тяжелые массивные кирпичные старые здания с чугунными радиаторами и большим объемом воды в системе отопления. У таких домов коэффициент аккумуляции β достигает порой 120 часов.

С увеличением в здании количества и размеров окон, с уменьшением толщины стен в связи с широким использованием легких утеплителей, с распространением конвекторов, обуславливающих относительно небольшой объем теплоносителя в системе современные легкие дома плохо аккумулируют тепло. У таких зданий β может быть 40-20 часов и даже меньше.

Для одного и того же здания коэффициент аккумуляции угловых помещений верхних этажей меньше чем у срединных помещений средних этажей в 1,5-2 раза.

Прошу уважающих труд автора скачивать файл с программой расчетов после подписки на анонсы статей!

Какой дом быстрее остынет в сильный мороз – каркасный или кирпичный? И как сильно?

Проведенные опыты над каркасным и кирпичным домами во время экстренно-аварийного отключения отопления на длительный срок показали, что каркасный дом за сутки вымерзает почти до нуля, а кирпичный за этот срок вообще практически не охладится. А почему? Подумайте, и наверняка додумаетесь

На просторах Интернета вовсю идут битвы между сторонниками каменных домов и домов деревянных, в частности – каркасных. Аргументы с обеих сторон вполне убедительные, и даже не знаешь, кому верить.

Впрочем, не определившиеся еще с типом своего нового загородного жилища горожане прекрасно знают, кому верить – они верят тому, кому склонны верить не по знаниям и пониманиям, а по убеждениям. Вот, например, если будущий домовладелец хочет сэкономить денег, то он будет верить каркасщикам, и его не переубедить никакими аргументами.

А если у застройщика есть баблишко, то он будет верить каменщикам, и его тоже не переубедить.

Именно поэтому я в эти интернет-споры и не лезу. Я просто выискиваю всякие факты и публикую их без всяких дурных предубеждений. Кто хочет верить – пусть верит, а кто не хочет верить – то пусть хотя бы задумается.

И вот наступил момент провести разделение между каркасными и кирпичными домами по параметру теплосбережения. Но оперировать лучше не каким-то постулатами, а практичными соображениями, которые опровергнуть нельзя. Вот, например, кто-то знает наверняка, как быстро охлаждается кирпичный дом, если в нем отключить отопление?

А как быстро охладится дом каркасный?

Вопрос этот совсем не праздный, потому что упирается в суровую нашу отечественную действительность. Правда, проблема не касается домовладельцев с автономным отоплением (печка или баллоны), но многие загородные домовладельцы отапливаются магистральным газом, или, что еще хуже – электричеством. А вы представьте себе ситуацию, если вдруг электричество пропадет, а на улице – минус 30?

Что, думаете, так не бывает? Бывает, причем очень часто. Причем не только электричество может исчезнуть, но и газ в магистрали. А еще может ветер ледяной с Северного полюса налететь, и тогда вообще кранты. Так что думать над этим надо всегда.

В общем, повторяется вопрос – какой дом остынет быстрее, и как быстро это будет происходить?

Не буду приводить всяких теплотехнических расчетов, просто возьму две истории, которые вчера довелось прочитать тут, на Дзене. Двое владельцев домов – каркасного и каменного – делились своими впечатлениями, которые возникли после того, как в доме исчезло электричество. Ясень пень, что других способов оттопиться у них не было, поэтому оба эти домовладельца произвели необходимые замеры, а когда температура стала на их взгляд критической, они эвакуировались в другое, более теплое место.

Итак, рассказ первый. Дом каркасный , одноэтажный с утепленной мансардой, площадью 100 кв. м по периметру. Температура на улице – минус 25 градусов Цельсия. За первые 6 часов без отопления температура опустилась на 10 градусов – с 24-х до 14-ти. На этом эксперимент закончился, и владельцы поспешили убраться из дома в городскую квартиру. А когда приехали утром, то зафиксировали внутри дома 4 градуса, на мансарде – 3 градуса (хотя, в принципе, должно быть наоборот).

Таким образом отмечаем, что за 20 часов без отопления температура в каркасном доме опустилась с 24 до 4 градусов. А если считать по суткам, то суточную потерю тепла при 25 градусов мороза (плюс-минус, потому что утром чуток потеплело) в каркасном доме можно оценить как полную. Ну, не считать же даже 4 градуса за тепло?

Если сказать по-русски, то каркасный дом полностью остывает за 1 сутки. Причем жить в нем становится невозможно уже через 6 часов без отопления.

Теперь рассмотрим данные, взятые из другой истории, в которой фигурирует аналогичная ситуация в кирпичном доме . Дом тоже площадью около 100 кв. м, правда, температура за бортом была выше – всего 20 градусов мороза. Но зато стены – всего полтора кирпича (то есть один и еще половинка, кто не понял).

Эксперимент начался, когда в доме погас свет и отключились все обогреватели. На момент этой незадачи в доме (включая утепленную мансарду) было 23 градуса (тепла). Примуса, чтобы согреться, не было, а паяльная лампа в этом деле плохой помощник.

В общем, после того, как отключился электрический отопительный котел, жильцы дома просидели в нем часа 4, пока температура не опустилась до 22 градусов Цельсия. Конечно, можно было досидеть до менее комфортного момента, но люди решили судьбу не испытывать и свалили в городскую квартиру.

Вернулись люди в дом ровно через сутки, когда электричество уже появилось. Но котел все это время не работал, поэтому дом, естественно все эти сутки охлаждался.

Экстренно проведенные замеры показали, что при минус 20 на улице кирпичный дом за сутки охладился всего на 2 градуса (20 градусов) плюс 1 градус, пока люди сидели в доме до того, как уехать. Итого мы имеем 4 часа + 24 часа – итого 28 часов. За это время дом без отопления охладился всего на 3 градуса – с 23 до 20. Могли бы на ночевку в город и не уезжать. Но неопытные домовладельцы попались, и пугливые слишком. Правда, у них были малые дети, потому рисковать и на самом деле не стоило. Я их понимаю.

Но не надо читать мое повествование шиворот-навыворот. Я не собираюсь пугать владельцев каркасных домов и не хочу агитировать всех отечественных загородных застройщиков строить себе дома кирпичные.

Я хочу просто посоветовать: если вы собрались строить себе дом за городом в холодном регионе, то выбирайте район где-нибудь поближе к лесопилке, где можно даром набирать всякие древесные отходы для отопления.

И отапливайтесь не газом или электричеством, которые могут обрубиться в самый критический момент, а твердотопливной печкой. И это не реклама, так как я твердотопливные печи и котлы не продаю.

ДОРОГИЕ МСЬЕ И МАДАМ! ЖЕ НЕ МАНЖ ПА СИС ЖУР!

НЕ ХВАТАЕТ СРЕДСТВ НА ВЕДЕНИЕ КАНАЛА

ОГРОМНОЕ СПАСИБО ЗА ПОМОЩЬ, ДРУЗЬЯ!

МОЖЕТ БЫТЬ, ВАМ ПОНРАВЯТСЯ И ЭТИ ПУБЛИКАЦИИ:

Как быстро замерзнет дом при -20 мороза, если котел сломался? А. Харитонов, референт «Академии Виссманн»

Сколько времени будет размораживаться дом площадью 150 м², если электричество выключилось, а системы резервного питания нет, а на улице мороз -20°С? На этот вопрос отвечает Анатолий Харитонов, референт «Академии Виссманн» в России:

“На вопрос, сколько времени будет остывать дом, нельзя ответить однозначно. На скорость остывания влияют несколько факторов:

• Конструктивные материалы, из которых построен дом, в частности их толщина и теплоизоляция здания. Эти факторы напрямую влияют на коэффициент теплопередачи и на величину тепловых потерь. Другими словами, быстрее или медленнее будет остывать здание;
• Способность накопления тепла. Конструктивные материалы и мебель в доме можно назвать «массой» дома. Она может накапливать и отдавать энергию. «Масса» дома продолжает отдавать накопленное тепло после отключения отопления продолжительное время. Чем больше «масса» дома, тем дольше остывает дом.

Сравним три типа дома. Учитывая все вышеперечисленные факторы и свойства материалов, такие как теплоёмкость, плотность, коэффициенты теплопередачи, сделаем график зависимости теплоизолирующей и аккумулирующей способности строения.

У каркасного дома теплоизолирующая способность высокая, аккумулирующая способность самая низкая. Такой дом будет быстро остывать, Но и быстро прогреваться.

Деревянный дом имеет средние значения, поэтому дольше прогревается, но и дольше остывает.

Теплоизолирующая способность кирпичного дома самая низкая, именно поэтому его всегда рекомендуют утеплять, аккумулирующая — самая большая. Для нагрева этого дома уйдет много энергии и времени, но и остывать он будет дольше всех.

Ниже приведены приблизительные расчёты времени остывания строений разных конструкций.

В расчёте примем равные условия: температура на улице –20°С; в доме на момент отключения отопления +20°С.

1. Каркасный дом

Без мебели дом остынет в течение 2–3 часов.

С мебелью — от 5 до 12 часов.

«Масса» этого дома маленькая, так как конструкция подразумевает тонкие стены с утеплителем, который не способен накапливать энергию.

2. Дом из бруса

Без утеплителя и мебели дом будет остывать от 15 до 20 часов.

С утеплителем и мебелью — от 1 до 4 суток.

Значительная «масса» этого дома обусловлена конструкцией и материалом.

3. Дом из кирпича

Кирпичный дом обладает гораздо большей «массой», его аккумулирующая способность выше, за счёт этого кирпичный дом будет остывать дольше остальных.

Без утеплителя и мебели дом будет остывать от 1 до 2 дней

С утеплителем и мебелью — от 2 до 6 суток.”

Ликбез опубликован в объединённом выпуске ОСЕНЬ-ЗИМА 2017 журналов “Инструменты” + “Всё для стройки и ремонта” + “GardenTools” серии “Потребитель”

Архив всех выпусков в pdf-формате смотрите здесь