Расчёт теплопотерь частного дома с примерами

Теплопотери через вентиляцию

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

10 м х10 м х 7 м = 700 м3

Плотность воздуха при температуре +20°C 1,2047 кг/м3. Удельная теплоемкость воздуха 1,005 кДж/(кг×°C). Масса воздуха в доме:

700 м3 × 1,2047 кг/м3 = 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

Понятие сопротивления теплопередаче

Способность того или иного материала передавать тепло называется теплопроводностью. В общем случае она всегда выше, чем больше плотность вещества и чем лучше его структура приспособлена для передачи кинетических колебаний.

Сравнение энергоэффективности различных строительных материалов

Величиной, обратно пропорциональной тепловой проводимости, является термическое сопротивление. У каждого материала это свойство принимает уникальные значения в зависимости от структуры, формы, а также ряда прочих факторов. Например, эффективность передачи тепла в толще материалов и в зоне их контакта с другими средами могут отличаться, особенно если между материалами есть хотя бы минимальная прослойка вещества в другом агрегатном состоянии. Количественно термическое сопротивление выражается как разница температур, разделённая на мощность теплового потока:

Rt = (T2 – T1) / P

где:

• Rt — термическое сопротивление участка, К/Вт;
• T2 — температура начала участка, К;
• T1 — температура конца участка, К;
• P — тепловой поток, Вт.

В контексте расчёта теплопотерь термическое сопротивление играет определяющую роль. Любая ограждающая конструкция может быть представлена как плоскопараллельная преграда на пути теплового потока. Её общее термическое сопротивление складывается из сопротивлений каждого слоя, при этом все перегородки складываются в пространственную конструкцию, являющуюся, собственно, зданием.

Rt = l / (λ·S)

где:

• Rt — термическое сопротивление участка цепи, К/Вт;
• l — длина участка тепловой цепи, м;
• λ — коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м·К);
• S — площадь поперечного сечения участка, м2.

Утепление пола

Формула расчета для теплопотерь для пола и фундамента идентична представленной выше. Но есть и свои нюансы. Теплопроводность пола будет разной для фундамента поднятого над грунтом и стоящего непосредственно на грунте.

Для фундамента, поднятого над грунтом основным параметром, влияющим на потерю тепла, является высота подъема. Также в расчет принимаются все слои теплоизоляции между полом и неотаплиевым подполом. Необходимым условием сохранения тепла здесь является герметичность стыков и правильно подобранный утеплитель.

Фундамент, стоящий на грунте, имеет другие теплопотери. Его коэффициент рассчитывается исходя в основном из тепловых потерь слоев утеплителя и толщины пола. Также следует учесть, что в этом случае тепловые потери сокращаются от стен к центру здания.

Влияние строительных материалов

По требованию СанПина максимальная разница между температурой воздуха и температурой стены должна быть 4°С. Этот показатель зависит от термического сопротивления материала.

Для каждого материала свой показатель термического сопротивления выраженный в °С м2/Вт:

• Кирпичная кладка – 0,73
• Брус – 0,83
• Керамзитная плита – 0,58

Однако это не единственный показатель, влияющий на тепло в доме. Притом что, тепловое сопротивление дома из бруса почти такое же как у кирпичной кладки, он гораздо хуже сохраняет тепло. Связано это с тем, что между бревен находятся зазоры, которые необходимо прокладывать утеплителем. В кирпичной кладке все зазоры закрыты растворов цемента, который увеличивает термическую сопротивляемость почти вдвое. Керамзитная плита теряет тепло за счет швов. Поэтому дополнительные потери также должны быть учтены при подсчете тепловых потерь.

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.

Дифференцированные схемы расчёта

Простейший способ установить размер тепловых потерь здания — суммировать значения теплового потока через конструкции, которыми это здание образовано. Такая методика полностью учитывает разницу в структуре различных материалов, а также специфику теплового потока сквозь них и в узлах примыкания одной плоскости к другой. Такой дихотомический подход сильно упрощает задачу, ведь разные ограждающие конструкции могут существенно отличаться в устройстве систем теплозащиты. Соответственно, при раздельном исследовании определить сумму теплопотерь проще, ведь для этого предусмотрены различные способы вычислений:

Для стен утечки теплоты количественно равны общей площади, умноженной на отношение разницы температур к тепловому сопротивлению

При этом обязательно берётся во внимание ориентация стен по сторонам света для учёта их нагрева в дневное время, а также продуваемость строительных конструкций.

Для перекрытий методика та же, но при этом учитывается наличие чердачного помещения и режим его эксплуатации. Также за комнатную температуру принимается значение на 3–5 °С выше, расчётная влажность тоже увеличена на 5–10%.

Теплопотери через пол рассчитывают зонально, описывая пояса по периметру здания

Связано это с тем, что температура грунта под полом выше у центра здания по сравнению с фундаментной частью.

Тепловой поток через остекление определяется паспортными данными окон, также нужно учитывать тип примыкания окон к стенам и глубину откосов.

Q = S · (ΔT / Rt)

где:

• Q —тепловые потери, Вт;
• S — площадь стен, м2;
• ΔT — разница температур внутри и снаружи помещения, ° С;
• Rt — сопротивление теплопередаче, м2·°С/Вт.

Зачем делать расчет теплопотерь?

Когда же делают расчет потерь тепла в доме? Расчет теплопотерь обязателен при проектировании систем отопления, систем вентиляции, воздушных отопительных систем. Расчетные температуры берут из нормативных документов. Значение внешней температуры воздуха отвечает температуре наружного воздуха наиболее холодной пятидневки. Внутреннюю температуру берут или ту, которую желаете, или из норм, для жилых помещений это 20+-2°С.

Исходными данными для расчета служат: внешняя и внутренняя температура воздуха, конструкция стен, пола, перекрытий, назначение каждого помещения, географическая зона строительства. Все тепловые потери на прямую зависят от термического сопротивления ограждающих конструкций, чем оно больше, тем меньше теплопотери.

Для обеспечения комфортных условий пребывания людей в помещении нужно чтобы было правдивым уравнение теплового баланса 

           Qп+ Qо+ Qс+ Qк= Qср+ Qос+ Qпр+ Qлюд,       

где Qп–теплопотери через пол, Qо–теплопотери через окна, Qс–теплопотери через стену, Qк- теплопотери через крышу, Qср–теплопоступления от солнечной радиации, Qос–теплопоступления от отопительных систем, Qпр–теплопоступления от приборов, Qлюд–теплопоступления от людей.

На практике же, уравнение упрощается и все утраты компенсирует система отопления, независимо водяная или воздушная. 

Теплопотери через канализацию

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 м3 воды в месяц. Удельная теплоёмкость воды 4,183 кДж/(кг×°C). Плотность воды 1000 кг/м3. 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/м3 × 15 м3 × 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

Просто о сложном — расчет по удельным характеристикам

Расчет теплопотерь легко может превратиться в настоящую головную боль. На практике рассчитать показатели можно по удельным характеристикам здания. Самое главное — помнить, что расчет ведется не по площади, а по объему здания. Также необходимо учитывать его назначение и этажность. Тепло уходит из дома через строительные ограждающие конструкции.

«Воротами», через которые теплый воздух покидает здание, являются окна, двери, стены, пол, кровля. Кроме этого, влияние оказывает дельта температур — разница между температурой воздуха внутри и снаружи дома. Нельзя сбрасывать со счетов и климатические условия местности. Значительная часть тепла уходит через систему вентиляции. Парадокс заключается в том, что при выполнении расчетов многие начинающие домостроители забывают учесть этот параметр и получают цифры, далекие от объективности.

Тепловые потери окон

Потери тепла за счет окон рассчитываются по следующей формуле:

Qок=Kок*Fок(tвнут-tвнеш), где

• Kок – коэффициент теплопроводности материала, °С м2/Вт;
• Fок – площадь стены, м2;
• tвнут – температура внутри помещения, °С;
• tвнеш – температура снаружи, °С

Так же как и у стен, снизить теплопотери окон можно за счет многослойности стекла. Также огромное влияние оказывают правильно установленные комплектующие и качественный утеплитель. Также большое влияние оказывает качество материалов, из которых изготовлено окно. Большая площадь окон также оказывает негативное влияние. Поэтому не стоит в регионах с холодными зимами устанавливать большие окна.

Теплопотери в жилом доме – понятие и влияние на условия проживания

Теплопотерей называется уровень тепла, утрачиваемого помещением через стены, окна, потолок и пол за определенное количество времени. Измеряется данная величина в ваттах на квадратный метр, и зависит от разницы внутренней и внешней температуры воздуха – чем она ниже, тем выше энергоэффективность здания.

Годовая разница природных температур составляет порядка 60 градусов – от –30° в зимний период до +30° летом. Комфортной температурой для человека считается уровень в +18/+24°, который необходимо поддерживать в жилых зданиях. Добиваются этого за счет стройматериалов (теплоизолирующих потолков, стен и полов, энергосберегающих стекол), систем обогрева, проветривания или кондиционирования. Законодательно установлены строительные правила, нормы и стандарты, определяющие тепловую защиту строений.

Калькулятор расчета теплопотерь

Информация по назначению калькулятора

К алькулятор теплопотерь предназначен для расчета примерного количества тепла, теряемого помещением через ограждающие конструкции в единицу времени в самую холодную пятидневку выбранного населенного пункта (по актуализированной редакции СП 131.13330.2012).

Д анные расчеты являются достаточно приблизительными, так как невозможно учесть абсолютно все факторы, влияющие на тепловые потери, а полученные результаты необходимо проверять экспериментально, для подтверждения расчетов. Ошибки в конструкции стен так же могут значительным образом повлиять на фактические теплопотери. Например, образование конденсата внутри стеновой конструкции может значительно увеличить теплопроводность теплоизолирующего материала в зимний период.

Т акже на общие теплопотери влияют разность наружной и внутренней температур, солнечная радиация, атмосферные осадки, ветра и другие факторы. Моделирование процессов тепловых потерь целого здания является актуальной проблемой. Зная теплопотери здания, можно переходить к выбору мощности и вариантов системы отопления.

Д ля снижения тепловых потерь здания необходимо использовать максимально эффективные теплоизоляционные материалы

Особенно стоит уделить внимание кровле, так как именно через нее наружу уходит наибольшее количество тепла из помещения. Для поддержания комфортного внутреннего микроклимата, а так же снижения финансовых затрат на отопление, необходимо соблюдать правильный баланс утепления всех ограждающих конструкций. Примерное минимальное качество утепления наружных стен

Примерное минимальное качество утепления наружных стен

300 мм Дерево + 100 мм Полистирол/Каменная Вата

500 мм Газо- и пенобетон

300 мм Газо- и пенобетон + 100 мм Полистирол/Каменная Вата

400 мм Керамзитобетон + 100 мм Полистирол/Каменная Вата

250 мм Кирпич + 200 мм Полистирол/Каменная Вата

300 мм Дерево + 50 мм Полистирол/Каменная Вата

400 мм Газо- и пенобетон

300 мм Газо- и пенобетон + 50 мм Полистирол/Каменная Вата

200 мм Керамзитобетон + 100 мм Полистирол/Каменная Вата

250 мм Кирпич + 100 мм Полистирол/Каменная Вата

200 мм Газо- и пенобетон

100 мм Газо- и пенобетон + 120 мм Кирпич

300 мм Керамзитобетон

Общие сведения по результатам расчетов

• Т еплопотери помещения – Общее количество тепла, измеряемое в Ваттах, которое теряет расчетное помещение в единицу времени через ограждающие конструкции.
• У дельные теплопотери помещения – Теплопотери помещения отнесенные к его площади
• Т емпература воздуха наиболее холодных суток
• Т емпература воздуха наиболее холодной пятидневки
• П родолжительность отопительного сезона
• С редняя температура воздуха отопительного сезона

Калькулятор работает в тестовом режиме.

Тепловые потери за счет крыши или потолка

Потери тепла для потолка и крыши рассчитываются по той же формуле, что и для стен. Теплый воздух поднимается вверх, поэтому, чтобы не отапливать улицу, следует серьезно отнестись к утеплению крыши при строительстве. Основным параметром теплопотерь здесь будет неравномерность стыков. От выбора утепляющего материала тоже будет завесить очень многое. Так, например использование эковаты предполагает отсутствие влаги. А, как известно, вместе с теплым воздухом вверх поднимается и пар, который остывая, будет конденсироваться, оседать на утеплителе, замещая воздух и снижать термическое сопротивление утеплителя.

Физика теплотехнических процессов

Различные области физики имеют много схожего в описании явлений, которые ими изучаются. Так и в теплотехнике: принципы, описывающие термодинамические системы, наглядно перекликаются с основами электромагнетизма, гидродинамики и классической механики. В конце концов, речь идёт об описании одного и того же мира, поэтому не удивительно, что модели физических процессов характеризуются некоторыми общими чертами во многих областях исследований.

Суть тепловых явлений понять легко. Температура тела или степень его нагрева есть не что иное, как мера интенсивности колебаний элементарных частиц, из которых это тело состоит. Очевидно, что при столкновении двух частиц та, у которой энергетический уровень выше, будет передавать энергию частице с меньшей энергией, но никогда наоборот. Однако это не единственный путь обмена энергией, передача возможна также посредством квантов теплового излучения. При этом базовый принцип обязательно сохраняется: квант, излученный менее нагретым атомом, не в состоянии передать энергию более горячей элементарной частице. Он попросту отражается от неё и либо пропадает бесследно, либо передаёт свою энергию другому атому с меньшей энергией.

Термодинамика хороша тем, что происходящие в ней процессы абсолютно наглядны и могут интерпретироваться под видом различных моделей. Главное — соблюдать базовые постулаты, такие как закон передачи энергии и термодинамического равновесия. Так что если ваше представление соответствует этим правилам, вы легко поймёте методику теплотехнических расчётов от и до.

Способы расчетов тепловой энергии

Некоторые жильцы для расчета теплопотерь пользуются простым методом. Он заключается в том, что при условии высоты потолка – 2,5 м., площадь помещения умножается на 100 Вт. (при другой высоте потолка, вводится поправочный коэффициент). Но полученный результат при этом способе настолько не достоверный, что его можно смело прировнять к нулю.

Такое утверждение объясняется тем, что на теплопотери влияют несколько важных факторов, такие как:

• ограждающая конструкция;
• площадь окон и вид их остекленения;
• внутренняя температура;
• кратность теплообмена и др.

Помимо этого даже при равных условиях значений вышеперечисленных факторов, теплопотери у маленьких домов и больших зданий будут разные. Поэтому, чтобы более точно определить теплопотери, были разработаны следующие специальные методики:

1. Ручной подсчет. В этом случае все расчеты выполняются самостоятельно при помощи специально выведенных формул и таблиц.
2. Онлайн — калькулятор. Здесь достаточно будет ввести все указанные данные, в вычислительную программу, после чего она самостоятельно произведет расчет и выдаст итог.

При использовании этих способов, можно будет не только достоверно рассчитать теплопотери, но и правильно подобрать отопительную систему, при использовании которой не возникнет неоправданных затрат.

расчет теплопотерь

Итак, чтобы не допустить ошибок, рассмотрим каждый вычислительный способ более подробно.

Пример расчета теплопотерь дома

Рассчитаем теплопотери 2-этажного дома высотой 7 м, имеющего размеры в плане 10х10 м.

Стены имеют толщину 500 мм и выстроены из теплой керамики (Кт = 0,16 Вт/м*С), снаружи утеплены минеральной ватой толщиной 50 мм (Кт = 0,04 Вт/м*С).

В доме имеется 16 окон площадью по 2,5 кв. м.

Наружная температура в самую холодную пятидневку составляет -25 градусов.

Средняя наружная температура за отопительный период — (-5) градусов.

Внутри дома требуется обеспечить температуру +23 градуса.

Потребление воды — 15 куб. м/мес.

Продолжительность отопительного периода — 6 мес.

Термическое сопротивление:

• основного материала: R1 = 0,5 / 0,16 = 3,125 кв. м*С/Вт;
• утеплителя: R2 = 0,05/0,04 = 1,25 кв. м*С/Вт.

То же для стены в целом: R = R1 + R2 = 3.125 + 1.25 = 4.375 кв. м*С/Вт.

Определяем площадь стен: А = 10 х 4 х 7 – 16 х 2,5 = 240 кв. м.

Теплопотери через стены составят:

Qс = (240 / 4.375) * (23 – (-25)) = 2633 Вт.

Аналогичным образом рассчитываются теплопотери через крышу, пол, фундамент, окна и входную дверь, после чего все полученные значения суммируются. Термическое сопротивление дверей и окон производители обычно указывают в паспорте на изделие.

Обратите внимание на то, что при расчете теплопотерь через пол и фундамент (при наличии подвала) разность температур dT будет намного меньшей, так как при ее вычислении учитывается температура не воздуха, а грунта, который зимой является гораздо более теплым.

Теплопотери через вентиляцию

Определяем объем воздуха в помещении (для упрощения расчета толщина стен не учитывается):

V = 10х10х7 = 700 куб. м.

Принимая кратность воздухообмена Кв = 1, определяем теплопотери:

Qв = (700 * 1 / 3600) * 1,2047 * 1005 * (23 – (-25)) = 11300 Вт.

Вентиляция в доме

Теплопотери через канализацию

С учетом того, что жильцы потребляют 15 куб. м воды в месяц, а расчетный период составляет 6 мес., теплопотери через канализацию составят:

Qк = (15 * 6 * 1000 * 4183 * 23) / 3 600 000 = 2405 кВт*ч

Оценка полного объема энергозатрат

Для оценки всего объема энергозатрат за отопительный период необходимо пересчитать теплопотери через вентиляцию и ограждающие конструкции с учетом средней температуры, то есть dT составит не 48, а только 28 градусов.

Тогда средняя мощность потерь через стены составят:

Qс = (240 / 4.375) * (23 – (-5)) = 1536 Вт.

Предположим, что через крышу, пол, окна и двери дополнительно теряется в среднем 800 Вт, тогда совокупная средняя мощность теплопотерь через ограждающие конструкции составит Q = 1536 + 800 = 2336 Вт.

Qв = (700 * 1 / 3600) * 1,2047 * 1005 * (23 – (-5)) =6592 Вт.

Тогда за весь период на отопление придется затратить:

W = ((2336 + 6592)*24*183)/1000 = 39211 кВт*ч.

К этой величине нужно прибавить 2405 кВт*ч потерь через канализацию, так что общий объем энергозатрат за отопительный период составит 41616 кВт*ч.

Если в качестве энергоносителя используется только газ, из 1-го куб. м которого удается получить 9,45 кВт*ч тепла, то его понадобится 41616 / 9,45 = 4404 куб. м.

Как рассчитать теплопотери загородного дома

Тепловые потери дома – процесс, увы, неизбежный. Чтобы свести его к минимуму, существует формула расчета теплопотерь, используя которую можно продумать мощность будущей отопительной системы здания. В этой формуле учитываются коэффициент теплопередачи, площадь стен, сопротивление теплопередаче, а также коэффициент уменьшения. Перед тем как посчитать теплопотери дома, ознакомьтесь с предложенными ниже таблицами.

Чтобы в новом доме всегда было тепло, можно заранее рассчитать тепловые потери здания во всех его помещениях. Специальные формулы учитывают «утечку» тепла через перекрытия и стены. С их помощью можно выяснить мощность будущей отопительной установки, которая смогла бы полностью компенсировать эти потери и давала желаемые 20 °С во всех комнатах.

Известно, что теплопотери загородного дома зависят от архитектурных особенностей здания и от свойств материалов, из которых изготовлены стены и крыша. Если задать определенный тепловой режим, потери будут определяться величиной теплового потока (ккал/ч). Чтобы получить экономически выгодную тепловую нагрузку на отопительную установку, необходимо сделать правильный выбор строительных материалов и грамотно продумать планировку здания. Влияние на теплопотери в частном доме оказывает и ветровая нагрузка. Следовательно, дома, находящиеся на открытой местности, будут потреблять тепло в большем количестве по сравнению с теми зданиями, которые защищены от ветра. Влияние ветра также учитывается в формуле расчета теплопотерь.

Формула расчета теплопотерь частного дома

Суммарные тепловые потери вычисляются по формуле из основных и добавочных теплопотерь (с округлением до 10 Вт).

Q = К х F х 1/R х (tв- tн) х n .

В формуле теплопотери используются следующие величины:

• К — коэффициент теплопередачи (таблица «К — коэффициент теплопередачи»);
• F — площадь стен (в м2);
• R — сопротивление теплопередаче (ккал/м2 х ч х °C);
• tв и tп — температура внутри и снаружи помещения;
• n — коэффициент уменьшения, учитывает теплопотери в зависимости от типа ограждений (таблица « n — коэффициент уменьшения»).

Значения R отличаются в зависимости от вида ограждающих конструкций (таблица « Значения R0 и 1/R0»).

Общие замечания по порядку расчета

• Сначала рассчитываются теплопотери через двери, стены и окна, все сразу, то есть после ввода всех данных по ним, или по отдельности – после ввода параметров, например по одной из стен или двери; затем рассчитываются таким же образом теплопотери через потолок, пол и потери на инфильтрацию.
• Каждый элемент может быть пересчитанный повторно после корректировки его параметров; при этом следует учесть, что если вы изменяете количество слоев материалов, сами материалы, наличие или отсутствие окон, перед всеми этими действиями следует нажать кнопку “сброс входных данных”.
• Расчет теплопотерь через пол, потолок и инфильтрацию возможен только после расчета потерь через стены.
• “Температура воздуха снаружи” (для стен) и “температура над” (для потолка) вводятся в случае, если они отличаются от температуры, указанной в общих условиях для расчета.
• Перед расчетом теплопотерь через стены из их площади вычитается площадь окон и двери.