Тепловий розрахунок тепловтрат будинку

Енергозбереження зараз найпопулярніша тема в інтернеті. Ще б пак, адже економити хоче кожен, а тим більше за нинішніх економічних умов. Розрахунок втрат тепла у своїй грає найважливішу роль. Тепловтрати в найбільш простому розумінні це кількість тепла, що втрачається приміщенням, будинком чи квартирою. Вимірюються вони у Вт. Виникають теплові втрати в будинку через різницю зовнішніх і внутрішніх температур повітря.

У перехідний та холодний період року температура на вулицях падає, і зростає різниця температур внутрішнього повітря та повітря на вулиці. І як ми вже згадували, Другий закон термодинаміки ніхто не скасовував, тому тепло з ваших будинків і квартир прагне його покинути і обігріти холодне навколишнє середовище. Для зниження цих втрат тепла, виробляється утеплення будинків у різних видах від пінопласту та вентильованих фасадів до сучасних теплоізоляційних матеріалів у вигляді шпаклівки. Головним завданням у нашій професії є підтримка в приміщенні комфортних параметрів мікроклімату. І насамперед ми розраховуємо тепловтрати для їх компенсації.

Навіщо робити розрахунок тепловтрат?

Коли ж роблять розрахунок втрат тепла у будинку? Розрахунок тепловтрат обов’язковий при проектуванні систем опалення, систем вентиляції, повітряних опалювальних систем. Розрахункові температури беруть із нормативних документів. Значення зовнішньої температури повітря відповідає температурі зовнішнього повітря найхолоднішої п’ятиденки. Внутрішню температуру беруть або ту, яку бажаєте, або норм, для житлових приміщень це 20+-2°С.

Вихідними даними для розрахунку є: зовнішня і внутрішня температура повітря, конструкція стін, підлоги, перекриттів, призначення кожного приміщення, географічна зона будівництва. Всі теплові втрати на пряму залежать від термічного опору конструкцій, що захищають, чим воно більше, тим менше тепловтрати.

Для забезпечення комфортних умов перебування людей у приміщенні потрібно, щоб було правдивим рівняння теплового балансу

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

де Qп-тепловтрати через підлогу, Qо-тепловтрати через вікна, Qс-тепловтрати через стіну, Qк-тепловтрати через дах, Qср-тепловступи від сонячної радіації, Qос-тепловступи від опалювальних систем, Qпр-тепловступи від приладів, Qлюд-тепловступи від людей .

Насправді ж, рівняння спрощується і всі втрати компенсує система опалення, незалежно водяна чи повітряна.

Розрахунок тепловтрат

Отримавши вихідні дані, проектувальники розпочинають розрахунок. Розглянемо основні види теплових втрат та формули їх розрахунку. Тепловтрати бувають: через стіни, через підлогу, через вікна, через дах, через вентиляційні шахти та додаткові втрати тепла. Термічний опір для всіх конструкцій розраховується за формулою

Rст =1/ αв+Σ(δі / λі)+1/ αн,

де αв — коефіцієнт тепловіддачі внутрішньої поверхні огорожі, Вт/м2·оС;
λі та δі – коефіцієнт теплопровідності для матеріалу кожного шару стіни та товщина цього шару в м;
αн – коефіцієнт тепловіддачі зовнішньої поверхні огорожі, Вт/м2 ос;

Коефіцієнти α беруться з норм і різні для стін і перекриттів.

Насамперед розглянемо тепловтрати через стіни

На них найбільше впливає конструкція стін. Розраховуються за такою формулою:

Формула розрахунку Коеф. n-поправний коефіцієнт. Залежить від матеріалу конструкцій, і приймається n=1 якщо конструкції з штучних матеріалів, і n=0,9 для горища, n=0,75 для перекриття підвалу.
Приклад: Розглянемо тепловтрати крізь цегляну стіну 510 мм із утеплювачем мінеральною ватою 100 мм та декоративною фінішною кулею 30 мм. Внутрішня температура повітря 22?С, зовнішня -20?С. Висотою нехай буде 3 м та довжиною 4 м. У кімнаті одна зовнішня стіна, розміщення на Південь, місцевість не вітряна, без зовнішніх дверей. Для початку необхідно дізнатись коефіцієнти теплопровідності цих матеріалів. З розміщеної вище таблиці дізнаємося: λк =0,58 Вт/мºС, λут =0,064 Вт/мºС, λшт =0,76 Вт/мºС. Після цього розраховується термічний опір огороджувальної конструкції:

Rст=1/23+0,51/0,58+0,1/0,064+0,03/0,76+ 1/8,6 = 2,64 м2 ºС/Вт.

Для нашої території такого опору недостатньо і будинок потрібно утеплити краще. Але зараз не про це. Розрахунок тепловтрат:

Q=1/R·FΔt·n·β=1/2,64·12·42·1·(10/100+1)=210Вт.

• це додаткові втрати тепла. Далі ми розпишемо їхнє значення і стане ясно, звідки взялося число 10 і навіщо ділити на 100.

Далі йдуть теплові втрати крізь вікна

Тут все простіше. Розрахунок термічного опору не потрібен, адже у паспорті сучасних вікон він уже вказано. Тепловтрати через вікна розраховуються за тією ж схемою, що через стіни. Наприклад розрахуємо втрати через енергозберігаючі вікна з термічним опором Rо= 0,87 (м2°С/Вт) розміром 1,5*1,5 з орієнтацією на Північ. Q=1/0,87·2,25·42·1·(15/100+1)=125 Вт.

До тепловтрат через перекриття відносять відведення тепла через дахові та статеві перекриття. В основному це робиться для квартир, де і підлога і стеля є залізобетонною плитою. На останньому поверсі враховуються лише втрати через стелю, а на першому лише через підвальне перекриття. Це пов’язано з тим, що у всіх квартирах приймається однакова температура повітря, і тепловіддачу від квартири до квартири не беруть до уваги. Недавні дослідження показали, що через не утеплені вузли примикання перекриттів до конструкцій, що захищають, йдуть великі втрати тепла.

Визначення витоку тепла через перекриття таке саме як і для стіни, але не враховуються додаткові втрати. Коефіцієнт α береться інший: α вн =8,7 Вт/(м 2 К) α вн = 6 Вт/(м2 К), різниця температур також, адже в підвалі або на критому горищі температура приймається в межах 4-6ºС. Не розписуватимемо розрахунок термічного опору для перекриття, адже він визначається за тією ж формулою Rст = 1/αв + Σ (δі / λі) + 1/α. Візьмемо перекриття з опором 4,95 та приймемо повітря на горищі +4ºС, площа стелі 3х4м, усередині 22ºС. Підставляємо у формулу і отримуємо: Q=1/R·FΔt·n·β=1/4,95·12·18·0,9= 40 Вт.

Розрахунок тепловтрат тепла через підлогу на ґрунті

Він трохи складніший, ніж через перекриття. Тепловтрати розраховуються за зонами. Зоною називають смугу підлоги шириною 2 м, паралельно до зовнішньої стіни. Перша зона знаходиться безпосередньо біля стіни, тут відбувається найбільше втрат тепла. За нею підуть друга та інші зони, до центру підлоги. Для кожної зони розраховується власний коефіцієнт теплопередачі. Для спрощення вводиться поняття питомого опору: для першої зони R1=2,15 (м2°С/Вт), другої R2=4,3 (м2°С/Вт), для третьої R3=8,6 (м2°С/ Вт)

Є кімната в якій підлога на грунті, розмір підлоги 6х8 м Температури все ті ж. Спочатку розділимо підлогу на зони. У нас їх вийшло дві. Знаходимо площу кожної зони. У нас це 20 м2 для першої зони та 8 м2 для другої. Потім задаємося умовними опорами R1=2,15 (м2°С/Вт), R2=4,3 (м2°С/Вт), підставляємо у формулу: Q=(F1/R1+F2/R2+F3/R3)( tвт — tвн) · n = (20 / 2,15 +8 / 4,3) · 42 · 1 = 470 Вт.

Додаткові тепловтрати

Враховуються тільки для стін та вікон, тобто конструкцій, які безпосередньо стикаються з навколишнім середовищем. Існує чотири види додаткових втрат тепла: на орієнтацію, на вітряність, кількість стін і наявність зовнішніх дверей. Виражаються вони у відсотках і згодом переводять у коефіцієнт додаткових тепловтрат.

• 1. Приміщення орієнтоване на Північ, Схід, Північний Схід, Північний Захід додаткові втрати тепла становлять 10%, коли на Південь, Захід, Південний Захід, Південний Схід додаються 5%.
• 2. Будинок знаходиться у вітряній місцевості, додаються ще 10% теплових втрат, а коли в захищеній від вітрів місцевості лише 5%.
• 3. В приміщенні є дві зовнішні стіни, то додаткові втрати становлять 5%, коли тільки одна додаткових втрат немає.
• 4. В зовнішній стіні є двері, можна розрахувати збиток крізь неї, але простіше додати 60% якщо потрійні двері, 80% коли подвійні двері і 95% якщо вони одинарні.

Наприклад: Кімната має дві зовнішні стіни, розміщена у вітряній місцевості, одна стіна виходить на Південь, друга на Північ, дверей немає. Тоді додаткові втрати становлять 10% +5% на орієнтацію +10% на вітер +5%, оскільки дві стіни. І того 30%, щоб додати їх до основних тепловтрат потрібно перевести в коефіцієнт β =30% + 100% =30/100 +1 =1,3 і підставляємо в загальну формулу.

Висновок
Правильний розрахунок тепловтрат покаже, що ви професіонал своєї справи. Адже погодьтеся, розрахунок втрат 100 Вт/м2 трохи перебільшений, а в деяких випадках недостатній. Тому витратите на 15 хвилин більше часу та розрахуйте теплові втрати будівлі. Тому ви зможете не тільки спроектувати більш ніж комфортні умови перебування людей, але і заощадити замовнику чималі кошти на експлуатацію систем. А досвід показує, що таких проектувальників звертаються частіше.

Висновок

Правильний розрахунок тепловтрат покаже, що ви професіонал своєї справи. Адже погодьтеся, розрахунок втрат 100 Вт/м2 трохи перебільшений, а в деяких випадках недостатній. Тому витратите на 15 хвилин більше часу та розрахуйте теплові втрати будівлі. Тому ви зможете не тільки спроектувати більш ніж комфортні умови перебування людей, але і заощадити замовнику чималі кошти на експлуатацію систем. А досвід показує, що таких проектувальників звертаються частіше.