Расчет теплопотерь

Расчет теплопотерь

Вот как следует производить вычисления:

Теплопотери через ограждающие конструкции

Для каждого материала, входящего в состав ограждающих конструкций, в справочнике или предоставленном производителем паспорте находим значение коэффициента теплопроводности Кт (единица измерения — Вт/м*градус).

Для каждого слоя ограждающих конструкций определяем термическое сопротивление по формуле: R = S/Кт, где S – толщина данного слоя, м.

Для многослойных конструкций сопротивления всех слоев нужно сложить.

Определяем теплопотери для каждой конструкции по формуле Q = (A / R) *dT,

Где:

• А — площадь ограждающей конструкции, кв. м;
• dT — разность наружной и внутренней температур.
• dT следует определять для самой холодной пятидневки.

Теплопотери через вентиляцию

Для этой части расчета необходимо знать кратность воздухообмена.

В жилых зданиях, возведенных по отечественным стандартам (стены являются паропроницаемыми), она равна единице, то есть за час должен обновиться весь объем воздуха в помещении.

В домах, построенных по европейской технологии (стандарт DIN), при которой стены изнутри застилаются пароизоляцией, кратность воздухообмена приходится увеличивать до 2-х. То есть за час воздух в помещении должен обновиться дважды.

Теплопотери через вентиляцию определим по формуле:

Qв = (V*Кв / 3600) * р * с * dT,

Где

• V — объем помещения, куб. м;
• Кв — кратность воздухообмена;
• Р — плотность воздуха, принимается равной 1,2047 кг/куб. м;
• С — удельная теплоемкость воздуха, принимается равной 1005 Дж/кг*С.

Приведенный расчет позволяет определить мощность, которую должен иметь теплогенератор системы отопления. Если она оказалась слишком высокой, можно сделать следующее:

• понизить требования к уровню комфорта, то есть установить желаемую температуру в наиболее холодный период на минимальной отметке, допустим, в 18 градусов;
• на период сильных холодов понизить кратность воздухообмена: минимально допустимая производительность приточной вентиляции составляет 7 куб. м/ч на каждого обитателя дома;
• предусмотреть организацию приточно-вытяжной вентиляции с рекуператором.

Заметим, что рекуператор полезен не только зимой, но и летом: в жару он позволяет сэкономить произведенный кондиционером холод, хотя и работает в это время не столь эффективно, как в мороз.

Правильнее всего при проектировании дома выполнить зонирование, то есть назначить для каждого помещения свою температуру исходя из требуемого комфорта. К примеру, в детской или комнате пожилого человека следует обеспечить температуру порядка 25-ти градусов, тогда как для гостиной будет достаточно и 22-х. На лестничной площадке или в помещении, где жильцы появляются редко либо имеются источники тепловыделения, расчетную температуру можно вообще ограничить 18-ю градусами.

Очевидно, что цифры, полученные в данном расчете, актуальны только для очень короткого периода — самой холодной пятидневки. Чтобы определить общий объем энергозатрат за холодный сезон, параметр dT нужно вычислять с учетом не самой низкой, а средней температуры. Затем нужно выполнить следующее действие:

W = ((Q + Qв) * 24 * N)/1000,

Где:

• W — количество энергии, требующейся для восполнения теплопотерь через ограждающие конструкции и вентиляцию, кВт*ч;
• N — количество дней в отопительном сезоне.

Однако, данный расчет окажется неполным, если не будут учтены потери тепла в канализационную систему.

Теплопотери через канализацию

Для приема гигиенических процедур и мытья посуды жильцы дома греют воду и произведенное тепло уходит в канализационную трубу.

Но в данной части расчета следует учитывать не только прямой нагрев воды, но и косвенный — отбор тепла осуществляет вода в бачке и сифоне унитаза, которая также сбрасывается в канализацию.

Исходя из этого, средняя температура нагрева воды принимается равной всего 30-ти градусам. Теплопотери через канализацию рассчитываем по следующей формуле:

Qк = (Vв * T * р * с * dT) / 3 600 000,

Где:

• Vв — месячный объем потребления воды без разделения на горячую и холодную, куб. м/мес.;
• Р — плотность воды, принимаем р = 1000 кг/куб. м;
• С — теплоемкость воды, принимаем с = 4183 Дж/кг*С;
• dT — разность температур. Учитывая, что вода на входе зимой имеет температуру около +7 градусов, а среднюю температуру нагретой воды мы условились считать равной 30-ти градусам, следует принимать dT = 23 градуса.
• 3 600 000 — количество джоулей (Дж) в 1-м кВт*ч.

Необходимость расчета теплопотерь

Обустройство комфортного жилища требует строгого контроля процесса на каждом из этапов выполнения работ. Поэтому организацию системы отопления, которой предшествует выбор самого метода обогрева помещения, нельзя упускать из виду. Работая над возведением дома, немало времени придется уделить не только проектной документации, но и расчету теплопотери дома. Если в дальнейшем вы собираетесь работать в области проектирования, то инженерные навыки расчета теплопотерь вам точно пригодятся. Так почему бы не потренироваться выполнять эту работу на опыте и сделать подробный расчет теплопотерь для собственного дома.

Важно! Выбор способа и мощности системы отопления напрямую зависит от проведенных вами расчетов. Вычислив показатель теплопотери неверно, вы рискуете мерзнуть в холодное время или изнемогать от жары из-за чрезмерного обогрева помещения

Необходимо не только правильно выбрать прибор, но и определить количество батарей или радиаторов, способное обогреть одну комнату.

Таблицы для расчета тепловых потерь дома

Таблица «К — коэффициент теплопередачи»:

Конструкция	Толщина конструкции, мм	К, Вт/ (м2 х °С)
Кирпичная стена (на холодном растворе с внутренней штукатуркой) толщиной	в 1,5 кирпича	395	1,5
в 2 кирпича	525	1,24
в 2,5 кирпича	655	1,04
Рубленые деревянные стены из бревен диаметром, мм	200	160	1,02
240	200	0,85
Брусчатые деревянные стены	150	1,0
200	0,76
Чердачное деревянное перекрытие	100	1,0
Двойные окна	—	2,68
Двойные двери	—	2,33

Таблица « n — коэффициент уменьшения»:

Наименование ограждения
Полы на грунте и лагах	1,0
Чердачные перекрытия при стальной, черепичной или асбестоцементной кровлях при разреженной обрешетке и бесчердачные покрытия с венти­лируемыми продухами	0,9
То же для перекрытий по сплошному настилу	0,8
Чердачные перекрытия при кровлях из рулонных материалов	0,75
Ограждения, отделяющие отапливаемые помещения от неотапливаемых, сообщающиеся с наружным воздухом	0,7
Ограждения, отделяющие отапливаемые помещения от неотапливаемых, не сообщающиеся с наружным воздухом	0,4
Перекрытия над подпольями, расположенными ниже уровня земли	0,4
Перекрытия над подпольями, расположенными выше уровня земли	0,75
Перекрытия над неотапливаемыми подвалами, расположенными ниже уровня грунта или выступающие на высоту до 1 м	0,6

Таблица « Значения R0 и 1/R0»:

Конструкция	Толщина	R0, ккал/(м2 х ч х °С)	1/R0, ккал/ (м2 х ч х °С)
в кирпичах
Стены
Сплошная кладка из обыкновенного кир­пича	0,5	135	0,38	2,64
1	265	0,57	1,76
1,5	395	0,76	1,32
2	525	0,94	1,06
2,5	655	1,13	0,89
Сплошная кладка из обыкновенного кирпича с воздушной прослойкой (= 50 мм) в перевязку через каж­дые 6 рядов	1,5	435	0,9	1,11
2	565	1,09	0,92
2,5	695	1,28	0,78
Сплошная кладка из дырчатого кирпича	1,5	395	0,89	1,12
2	525	1,2	0,89
2,5	655	1,4	0,71
Кирпичная кладка с термоизоляционной засыпкой	1,5	395	1,03	0,97
2	525	1,49	0,67
Деревянные рубленые	—	200	1,33	0,75
—	220	1,45	0,68
—	240	1,56	0,64
Брусчатые	—	150	1,18	0,85
—	180	1,28	0,78
—	200	1,32	0,76
Чердачные перекрытия
Железо-бетонные из сборных ребристых плит с утеплителем	—	100	0,69	1,45
—	150	0,89	1,12
—	200	1,09	0,92
—	250	1,29	0,77

Перед тем как рассчитать теплопотери дома, помните, что добавочные потери тепла зависят от расположения здания на местности, от ориентации стен по сторонам света, скорости ветра и инфильтрации. Если конструктивные элементы дома обращены на север, восток, северо-восток и северо-запад, дополнительные потери составят 10 %, а если на запад или на юго-восток — 5 %. Расход тепла для нагрева воздуха в помещении можно найти по формуле: Q = F(пл.) х (tв — tн).

В ней используются величины:

• F — площадь пола помещения (в м2);
• tв- tн — внутренняя и наружная температура.

Помимо вышеизложенных вычислений, следует уменьшить теплопотери на величину бытовых тепловыделений. Бытовые тепловыделения определяются из расчета 21 Вт на 1 м2 площади пола.

В итоге для определения теплопроизводительности системы отопления следует: вычислить основные и дополнительные теплопотери, суммировать их и вычесть величину, которая характеризует бытовые тепловыделения.

Параметры для выполнения расчетов

Чтобы выполнить теплорасчет, нужны исходные параметры.

Зависят они от ряда характеристик:

1. Назначения постройки и ее типа.
2. Ориентировки вертикальных ограждающих конструкций относительно направленности к сторонам света.
3. Географических параметров будущего дома.
4. Объема здания, его этажности, площади.
5. Типов и размерных данных дверных, оконных проемов.
6. Вида отопления и его технических параметров.
7. Количества постоянных жильцов.
8. Материала вертикальных и горизонтальных оградительных конструкций.
9. Перекрытия верхнего этажа.
10. Оснащения горячим водоснабжением.
11. Вида вентиляции.

Учитываются при расчете и другие конструктивные особенности строения. Воздухопроницаемость ограждающих конструкций не должна способствовать чрезмерному охлаждению внутри дома и снижать теплозащитные характеристики элементов.

Потери тепла вызывает и переувлажнение стен, а кроме того, это влечет за собой сырость, отрицательно влияющую на долговечность здания.

В процессе расчета, прежде всего, определяют теплотехнические данные стройматериалов, из которых изготавливаются ограждающие элементы строения. Помимо этого, определению подлежит приведенное сопротивление теплопередачи и сообразность его нормативному значению.

Методика расчета

Для проведения расчета или перерасчета тепловой нагрузки на отопление зданий, уже эксплуатируемых или вновь подключаемых к системе отопления проводят следующие работы:

1. Сбор исходных данные об объекте.
2. Проведение энергетического обследования здания.
3. На основании полученной после обследования информации производится расчет тепловой нагрузки на отопление, ГВС и вентиляцию.
4. Составление технического отчета.
5. Согласование отчета в организации, предоставляющей теплоэнергию.
6. Заключение нового договора или изменение условий старого.

Сбор исходный данных об объекте тепловой нагрузки

Какие данные необходимо собрать или получить:

1. Договор (его копия) на теплоснабжение со всеми приложениями.
2. Справка оформленная на фирменном бланке о фактической численности сотрудников (в случае производственного зданий) или жителей (в случае жилого дома).
3. План БТИ (копия).
4. Данные по системе отопления: однотрубная или двухтрубная.
5. Верхний или нижний розлив теплоносителя.

Все эти данные обязательны, т.к. на их основе будет производиться расчет тепловой нагрузки, так же вся информация попадет в итоговый отчет. Исходные данные, кроме того, помогут определиться со сроками и объемами работа. Стоимость же расчета всегда индивидуальна и может зависеть от таких факторов как:

• площадь отапливаемых помещений;
• тип системы отопления;
• наличия горячего водоснабжения и вентиляции.

Энергетическое обследование здания

Энергоаудит подразумевает выезд специалистов непосредственно на объект. Это необходимо для того, чтобы провести полный осмотр системы отопления, проверить качество ее изоляции. Так же во время выезда собираются недостающие данные об объекте, которые невозможно получить кроме как по средствам визуального осмотра. Определяются типы используемых радиаторов отопления, их месторасположение и количество. Рисуется схема и прикладываются фотографии. Обязательно осматриваются подводящие трубы, измеряется их диаметр, определяется материал, из которого они изготовлены, как эти трубы подведены, где расположены стояки и т.п.

В результат такого энергетического обследования (энергоаудита) заказчик получит на руки подробный технический отчет и на основании этого отчета уже и будет проихводиться расчет тепловых нагрузок на отопление здания.

Технический отчет

Технический отчет по расчету тепловой нагрузки должен состоять из следующих разделов:

1. Исходные данные об объекте.
2. Схема расположения радиаторов отопления.
3. Точки вывода ГВС.
4. Сам расчет.
5. Заключение по результатам энергоаудита, которое должно включать сравнительную таблицу максимальных текущих тепловых нагрузок и договорных.
6. Приложения.
   1. Свидетельство членства в СРО энергоаудитора.
   2. Поэтажный план здания.
   3. Экспликация.
   4. Все приложения к договору по энергоснабжению.

После составления, технический отчет обязательно должен быть согласован с теплоснабжающей организацией, после чего вносятся изменения в текущий договор или заключается новый.

Почему многослойное остекление эффективней?

Опыт показывает, что увеличение толщины воздушной прослойки между стёклами в двойном оконном переплёте, не приводит к увеличению тепловой эффективности всего окна. Эффективней сделать несколько прослоек, увеличивая количество стёкол.

«Классическая» двойная рама малоэффективна. А наибольшего эффекта можно достигнуть тройным остеклением. То есть, двухкамерный стеклопакет по всем параметрам (теплоизоляция, звукоизоляция) эффективней однокамерного.

(Камеры здесь – это промежутки между стёклами; два стекла – один промежуток, однокамерный стеклопакет; три стекла – два промежутка, две камеры… и т. д.)

Оптимальной толщиной воздушной прослойки между стёклами считается 16 мм.

Когда вам предлагают стеклопакеты, и нужно выбрать из нескольких видов, например, из таких (числа над стеклопакетами — это толщины стёкол и пространств между ними):

— то оптимальные второй и третий.

Ну, опять же, нужно иметь в виду уплотнение стёкол. В современных стеклопакетах не только увеличено число камер, но и в пространстве между стёклами откачан воздух, вместо него закачан какой-нибудь инертный газ, и камеры герметичны.

Как снизить теплопотери дома: утепление крыши и подвала

Кроме того, стены, крышу и подвал необходимо утеплить. При этом надо заметить, что утеплять дом надо не изнутри, а снаружи. Если сделать это со стороны помещения, то между стеной и внутренней теплоизоляцией будет скапливаться конденсат, что не только ухудшит теплоизоляцию дома, но и приведет к повреждению отделки и размножению грибов. Для внешней теплоизоляции подходит такой материал, как экструдированный пенополистирол; хорошо себя зарекомендовало устройство вентилируемого фасада и т.д.

Для теплоизоляции крыш, как правило, используют каменную или минеральную вату, которые реализуются в виде плит. При этом нельзя забыть о пароизоляции (желательно, чтобы ее сторона, обращенная внутрь, была покрыта алюминиевой фольгой, что предотвратит потери тепла от излучения).

Если дом еще только в проекте, то необходимо заранее подумать о том, как уменьшить периметр внешних холодных стен (чем больше квадратура наружных стен, тем значительнее потери тепла; дом, украшенный многочисленными выступающими элементами, теряет много тепла), не допустить образования мостиков холода.

Расчет теплопотерь дома через ограждающие конструкции

Рассмотрим, как рассчитать теплопотери дома через ограждающие конструкции. Расчет приводится на примере одноэтажного жилого дома. Данным расчетом можно пользоваться и для расчета теплопотерь отдельного помещения, всего дома или отдельной квартиры.

Пример технического задания для расчета теплопотерь

Сначала составляем простой план дома с указанием площадей помещений, размеров и расположения окон и входной двери. Это необходимо для определения площади поверхности дома, через которую происходят теплопотери.

Формула расчета теплопотерь

Для расчета теплопотерь применяем следующие формулы:

R = B / K – это формула расчета величины теплосопротивления ограждающих конструкций дома.

• R – тепловое сопротивление, (м2*К)/Вт;
• К – коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м*К);
• В – толщина материала, м.

• Q – теплопотери, Вт;
• S – площадь ограждающих конструкций дома, м2;
• dT – разница температуры между внутренним помещением и улицой, К;
• R – значение теплового сопротивления конструкции, м2•К/Вт

Температурный режим внутри дома для расчета берем +21..+23°С – такой режим является наиболее комфортным для человека. Минимальная уличная температура для расчета теплопотерь взята -30°С, так как в зимний период в регионе: где построен дом (Ярославская область, Россия) такая температура может продержаться более одной недели и именно наименьший температурный показатель рекомендуется закладывать в расчеты, при этом разность температур получаем dТ = 51..53, в среднем – 52 градуса.

Общие теплопотери дома состоят из теплопотерь всех ограждающих конструкций, поэтому, используя эти формулы, выполняем:

После расчета получили такие данные:

Итого: суммарный результат теплопотерь через ограждающие конструкции составил – 1,84 кВт•ч.

Примечание: Этот расчет является приблизительным и при более точном расчете теплопотерь ограждений дома полученные значения могут иметь иной показатель, так как в своем расчете я не учитывал некоторые факторы, которые могут в той или иной степени влиять на величину теплопотерь. Если вы хотите получить точный расчет или получить консультацию специалиста по этому вопросу, то вы можете задать свой вопрос в разделе Вопрос-ответ.

Теплопотери через ограждающие конструкции

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 м2×°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 м2) = 280 м2 — 40 м2 = 240 м2

3) Делим единицу на сопротивление теплопередаче, тем самым получая теплопотери с одного квадратного метра стены на один градус разницы температуры. 1 / 3,125 м2×°C/Вт = 0,32 Вт / м2×°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 / м2×°C × 240 м2 × 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 / м2×°C × 240 м2 × 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.

Базовые формулы

Чтобы получить более-менее точный результат, необходимо выполнять вычисления по всем правилам, упрощенная методика (100 Вт теплоты на 1 м² площади) здесь не подойдет. Общие потери теплоты зданием в холодное время года складываются из 2 частей:

• теплопотерь через ограждающие конструкции;
• потерь энергии, идущей на нагрев вентиляционного воздуха.

Базовая формула для подсчета расхода тепловой энергии через наружные ограждения выглядит следующим образом:

Q = 1/R х (t в — t н) х S х (1+ ∑β). Здесь:

• Q — количество тепла, теряемого конструкцией одного типа, Вт;
• R — термическое сопротивление материала конструкции, м²°С / Вт;
• S — площадь наружного ограждения, м²;
• t в — температура внутреннего воздуха, °С;
• t н — наиболее низкая температура окружающей среды, °С;
• β — добавочные теплопотери, зависящие от ориентации здания.

Термическое сопротивление стен либо кровли здания определяется исходя из свойств материала, из которого они сделаны, и толщины конструкции. Для этого используется формула R = δ / λ, где:

• λ — справочное значение теплопроводности материала стены, Вт/(м°С);
• δ — толщина слоя из этого материала, м.

Если стена возведена из 2 материалов (например, кирпич с утеплителем из минваты), то термическое сопротивление рассчитывается для каждого из них, а результаты суммируются. Уличная температура выбирается как по нормативным документам, так и по личным наблюдениям, внутренняя — по необходимости. Добавочные теплопотери — это коэффициенты, определенные нормами:

1. Когда стена либо часть кровли повернута на север, северо-восток или северо-запад, то β = 0,1.
2. Если конструкция обращена на юго-восток или запад, β = 0,05.
3. β = 0, когда наружное ограждение выходит на южную или юго-западную сторону.

Расчёт теплопотерь в доме

Согласно второму началу термодинамики (школьная физика) не существует самопроизвольной передачи энергии от менее нагретых к более нагретым мини- или макрообъектам. Частным случаем этого закона является “стремление” создания температурного равновесия между двумя термодинамическими системами.

Например, первая система – окружающая среда с температурой -20°С, вторая система – здание с внутренней температурой +20°С. Согласно приведённого закона эти две системы будут стремиться уравновеситься посредством обмена энергии. Это будет происходить с помощью тепловых потерь от второй системы и охлаждения в первой.

Однозначно можно сказать, что температура окружающей среды зависит от широты на которой расположен частный дом. А разница температур влияет на количество утечек тепла от здания (+)

Под теплопотерями подразумевают непроизвольный выход тепла (энергии) от некоторого объекта (дома, квартиры). Для обычной квартиры этот процесс не так “заметен” в сравнении с частным домом, поскольку квартира находиться внутри здания и “соседствует” с другими квартирами.

В частном доме через внешние стены, пол, крышу, окна и двери в той или иной степени “уходит” тепло.

Зная величину теплопотерь для самых неблагоприятных погодных условий и характеристику этих условий, можно с высокой точностью вычислить мощность системы отопления.

Итак, объём утечек тепла от здания вычисляется по следующей формуле:

Q=Q_пол+Q_стена+Q_окно+Q_крыша+Q_дверь+…+Q_i, где

Qi – объём теплопотерь от однородного вида оболочки здания.

Каждая составляющая формулы рассчитывается по формуле:

Q=S*∆T/R, где

• Q – тепловые утечки, В;
• S – площадь конкретного типа конструкции, кв. м;
• ∆T – разница температур воздуха окружающей среды и внутри помещения, °C;
• R – тепловое сопротивление определённого типа конструкции, м2*°C/Вт.

Саму величину теплового сопротивления для реально существующих материалов рекомендуется брать из вспомогательных таблиц.

Кроме того, тепловое сопротивление можно получить с помощью следующего соотношения:

R=d/k, где

• R – тепловое сопротивление, (м2*К)/Вт;
• k – коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м2*К);
• d – толщина этого материала, м.

В старых домах с отсыревшей кровельной конструкцией утечки тепла происходят через верхнюю часть постройки, а именно через крышу и чердак. Проведение мероприятий по утеплению потолка или теплоизоляции мансардной крыши решают эту проблему.

Если утеплить чердачное пространство и крышу, то общие потери тепла от дома можно значительно уменьшить

В доме существуют ещё несколько видов тепловых потерь через щели в конструкциях, систему вентиляции, кухонную вытяжку, открывания окон и дверей. Но учитывать их объём не имеет смысла, поскольку они составляют не более 5% от общего числа основных утечек тепла.

Понятия тепловой нагрузки

Расчет теплопотерь проводят отдельно для каждой комнаты в зависимости от площади или объема

Обогрев помещения – это компенсация теплопотерь. Сквозь стены, фундамент, окна и двери тепло постепенно выводится наружу. Чем ниже температура на улице, тем быстрее происходит передача тепла наружу. Чтобы поддерживать внутри здания комфортную температуру, устанавливают обогреватели. Их производительность должна быть достаточно высокой, чтобы перекрыть теплопотери.

Тепловую нагрузку определяют как сумму теплопотерь здания, равную необходимой мощности отопления. Рассчитав сколько и как дом теряет тепла, узнают мощность отопительной системы. Суммарной величины недостаточно. Комната с 1 окном теряет меньше тепла, чем помещение с 2 окнами и балконом, поэтому показатель рассчитывают для каждой комнаты отдельно.

При вычислениях обязательно учитывают высоту потолка. Если она не превышает 3 м, выполняют расчет по величине площади. Если высота от 3 до 4 м, расход считают по объему.

Расчет потерь тепла

Для точного расчета теплопотерь потребуется подготовить исходные данные по конкретному объекту (объем, высота здания, его местоположение), а также нормативные документы, содержащие таблицы различных коэффициентов, показателей.  Сначала рекомендуется рассчитать все составляющие формулы, записать данные, затем подставить данные формулы.

Основные формулы

Для расчета используется следующая формула:

Q_от = а*V*q_от *(t_в — t_нр)*(1 + К_ир)*10-6 Гкал/час

• а – поправочный коэффициент, который учитывает разницу между температурой воздуха снаружи (улица) определенной местности и температурой -30оС, для которой обозначена характеристика q_от;
• V – объем здания по внешнему периметру;
• q_от — удельная характеристика отапливаемого помещения, которая обозначена при температуре снаружи -30оС;
• t_в –температура воздуха внутри помещения;
•  t_нр –температура снаружи конкретного местоположения (местности), в котором расположено здание;
• К_ир –коэффициент инфильтрации, определяемый тепловым, ветровым напором.

Из приведенных выше составляющих формулы к числу исходных данных относится объем помещения, поправочный коэффициент, удельную характеристику здания, расчетные температуры необходимо взять из документации, а коэффициент инфильтрации рассчитать по формуле:

                                  273 + t_нр

К_ир = 10-2 √[2gL(1 — ————-) + w_p2]

                                  273 + t_в

g – ускорение свободного падения земли (9,8 м/с2);

L – высота строения;

w_p — обусловленная данным регионом скорость ветра отопительного периода.

Необходимая документация

Часть данных необходимо взять в нормативной документации, рекомендуется скачать эти документы или найти их онлайн:

Методика определения количества тепловой энергии и теплоносителя (1);

Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны (2);

Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях (3);

Строительная климатология (4).

Для удобства литература пронумерована. Далее соответствующая документация будет обозначаться сокращенно (например, Д3).

Исходные данные. Предварительные подсчеты

Рассмотрим расчет теплопотерь на примере административного здания города Омск. Высота здания – 9 метров. Объем здания по внешнему периметру – 8560 кубических метров.

В Таблице 3.1 – Климатические параметры холодного периода года (Д4)  напротив соответствующего города находим  5-ую графу, температуру воздуха наиболее холодной пятидневки. Для Омска данный показатель равен – 37оС.

В 20-й графе этой же таблицы находим скорость ветра данного города. Данный показатель составляет 2,8 м/с.

В пункте 1.2 (Д1) находим Таблицу 2, поправочный коэффициент а для жилых помещений. В таблице представлены коэффициенты температуры шагом 5 градусов, соответственно есть данные температуры — 35 оС (коэффициент 0,95), — 40 оС (коэффициент 0,9). Рассчитываем методом интерполяции коэффициент нашей температуры — 37 оС, получаем – 0,93.

Далее п.3 (Д3) находим Классификацию помещений и определяем категорию анализируемого помещения. Поскольку речь идет об административном здании, ему присваивается категория 3в (пространство пребывания большого количества людей без верхней одежды в положении стоя).

Таблица 3 (Д3) Допустимые, достаточные значения увлажненности воздуха, силы ветра, температурного режима гражданских помещений – находим показатель Температура (оптимальная) для нашего типа здания (3в). Показатель составляет 18-20 градусов. Выбираем наименьшую границу  18оС.

Таблице 4 (Д1) Удельный показатель тепла культурно-образовательных, административных, лечебных зданий – находим соответствующий коэффициент, исходя из объема здания. Данный случай до 10 000 м3. Коэффициент составляет 0,38.

Все данные подготовлены:

g – 9,8 м/с2;

L – 9 м;

w_p – 2,8 м/с;

а –0,93;

V – 8560 м3;

q_от – 0,38;

t_в – 18оС;

 t_нр – — 37оС;

К_ир – необходимо рассчитать.

Далее можно просто подставить цифры формулы.

Итоговый расчет

Сначала рассчитываем коэффициент инфильтрации:

                       273 + (-37)

К_ир = 10-2 √ = 0,4

                     273 + 18

Q_от = 0,93*8560*0,38*(18 – (-37))*(1 + 0,4)*10-6 Гкал/час = 232933 *10-6 Гкал/час = 0,232933 Гкал/час

Для большего понимания, посмотрите данное видео:

От чего зависит теплопроводность

Теплопередача зависит от таких факторов, как:

• Материал, из которого возведено строение, – различные материалы отличаются по способности проводить тепло. Так, бетон, различные виды кирпича способствуют большой потере тепла. Оцилинрованное бревно, брус, пено- и газоблоки, наоборот, при меньшей толщине имеют меньшую теплопроводность, что обеспечивает сохранение тепла внутри помещения и намного меньшие затраты на утепление и отопление здания.
• Толщина стены – чем данное значение больше, тем меньше теплоотдача происходит через ее толщу.
• Влажность материала – чем больше влажность сырья, из которого возведена конструкция, тем больше он проводит тепла и тем быстрее она разрушается.
• Наличие воздушных пор в материале – заполненные воздухом поры препятствуют ускоренным теплопотерям. Если эти поры заполняются влагой, теплопотери увеличиваются.
• Наличие дополнительного утепления – облицованная слоем утеплителя снаружи или внутри стены по потерям тепла имеют значения в разы меньше чем неутепленные.

В строительстве наряду с теплопроводностью стен большое распространение приобрел такая характеристика, как термическое сопротивление (R). Рассчитывается она с учетом следующих показателей:

• коэффициента теплопроводности стенового материала (λ) (Вт/м×0С);
• толщины конструкции (h), (м);
• наличия утеплителя;
• влажности материала (%).

Чем ниже величина термического сопротивления, тем в большей мере стена подвержена теплопотерям.

Теплотехнический расчет ограждающих конструкций по данной характеристике выполняется по следующей формуле:

R= h/ λ; (м2×0С/Вт)

Пример расчета термического сопротивления:

Исходные данные:

• несущая стена выполнена из сухого соснового бруса толщиной 30 см (0,3 м);
• коэффициент теплопроводности составляет 0,09 Вт/м×0С;
• расчёт результата.

Таким образом, термическое сопротивление такой стены будет составлять:

R=0,3/0,09=3,3 м2×0С/Вт

Если полученное значение равно или больше нормативного, то материал и толщина стеновых конструкций выбраны правильно. В противном случае следует произвести утепление здания для достижения нормативного значения.

При наличии утеплителя его термическое сопротивление рассчитывают отдельно и суммируют с аналогичным значением основного стенового материала. Также если материал стеновой конструкции имеет повышенную влажность, применяют соответствующий коэффициент теплопроводности.

Для более точного расчета термического сопротивления данной конструкции к полученному результату добавляют аналогичные значения окон и выходящих на улицу дверей.

УРАВНЕНИЯ ПРЯМОГО И ОБРАТНОГО ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА

Наиболее полное представление об экономических показателях работы судового котла дает тепловой баланс, который показывает, сколько теплоты поступает в котел, какая часть ее используется полезно (на производство пара), а какая теряется.

Тепловой баланс — это приложение закона сохранения энергии к анализу рабочего процесса котла. При анализе рабочего процесса котла на стационарном (или установившемся) режиме его работы тепловой баланс составляется на основании результатов теплотехнических испытаний. В

общем виде уравнение теплового баланса имеет вид
i=n
QПОД = Q1 + ∑QПОТ ,i	(4,1)
i=2

где QПОД – количество теплоты, подведенной к паровому котлу, кДж/кг; Q1 – полезно использованная теплота, кДж/кг;

QПОТ – тепловые потери, кДж/кг

В нормативном методе расчета, разработанном для стационарных котлоагрегатов, рекомендуется учитывать всю теплоту, подводимую в топку с 1 кг топлива (рис. 4.1), т. е.

Q	ПОД	= Q	P	= QP +Q +Q	B	+Q	ПР	(4,2)
		H T

где QHP — низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, кДж/кг;

QT, QB, QПР – количество теплоты, вносимое соответственно с топливом, воздухом и паром, который подводится для распыления топлива, кЛж/кг.

Последние три величины определяют следующим образом. Физическая теплота топлива

QT	= cT tT	(4,3)

где сТ – теплоемкость топлива при температуре его подогрева tT, кДж/(кг·К)

Величина QВ учитывает лишь ту теплоту, которая получена воздухом вне котла, например в паровом воздухоподогревателе. При обычной компоновке котла с газовым подогревом воздуха она равна количеству теплоты, вносимой в топку с холодным воздухом, т. е.

QB = QXB =αV ocXBtXB =αI ХВ	(4,4)
где α – коэффициент избытка воздуха;
сХВ – теплоемкость холодного воздуха при температуре tXB;
I XB- энтальпия теоретического количества воздуха V, кДж/кг
Количество теплоты, подводимой в топку с паром для распыления мазутов,
QПР =	GПР	(iПР −i»)	(4,5)
	BK

где GПР – расход пара на распыление ВК топлива, кг/ч;

iПР, i” – энтальпия пара на распыление топлива и сухого насыщенного пара в уходящих газах, кДж/кг.

Величина i” в уравнении (4.5) может приниматься равной 2500 кДж/кг, что соответствует парциальному давлению паров воды в уходящих газах pH2O 0,01МПа.

Для судовых котлов определяющей величиной в уравнении (4.2) является QHP , так как сумма остальных слагаемых не превышает 1 % от QP. В связи с этим при составлении теплового баланса судовых котлов обычно принимают при подогреве воздуха дымовыми газами QПОД = QHP , а при

подогреве паром QПОД = QHP +QB . При этом основным является первое уравнение, так как паровой