Załóżmy, że sam chciałeś wybrać kocioł, grzejniki i rury do systemu grzewczego prywatnego domu. Zadanie nr 1 - obliczenie obciążenia cieplnego do ogrzewania, innymi słowy, określenie całkowitego zużycia ciepła niezbędnego do ogrzania budynku do komfortowej temperatury wewnętrznej. Proponujemy zbadanie 3 metod obliczeniowych - różniących się złożonością i dokładnością wyników.
Metody określania obciążenia
Najpierw wyjaśniamy znaczenie tego terminu. Obciążenie cieplne to całkowita ilość ciepła zużywanego przez system grzewczy do ogrzania pomieszczeń do standardowej temperatury w najzimniejszym okresie. Wartość jest obliczana w jednostkach energii - kilowaty, kilokalorie (rzadziej - kilodżule) i jest podana we wzorach z łacińską literą Q.
Znając obciążenie związane z ogrzaniem prywatnego domu w ogóle i potrzebą każdego pomieszczenia w szczególności, nie jest trudno wybrać kocioł, grzejniki i baterie systemu wodnego pod względem mocy. Jak obliczyć ten parametr:
- Jeśli wysokość sufitu nie osiąga 3 m, wykonuje się powiększone obliczenia w zależności od powierzchni ogrzewanych pomieszczeń.
- Przy wysokości sufitu 3 m lub większej zużycie ciepła jest uwzględniane przez objętość pomieszczenia.
- Określenie strat ciepła poprzez ogrodzenie zewnętrzne i koszt ogrzewania powietrza wentylacyjnego według SNiP.
Uwaga. W ostatnich latach kalkulatory internetowe znajdujące się na stronach różnych zasobów internetowych zyskały dużą popularność. Z ich pomocą określenie ilości energii cieplnej jest szybkie i nie wymaga dodatkowych instrukcji. Minus - wiarygodność wyników musi być sprawdzona, ponieważ programy są pisane przez ludzi, którzy nie są inżynierami ciepła.
Pierwsze dwie metody obliczeniowe opierają się na zastosowaniu określonych właściwości termicznych w stosunku do ogrzewanej powierzchni lub objętości budynku. Algorytm jest prosty, jest używany wszędzie, ale daje bardzo przybliżone wyniki i nie bierze pod uwagę stopnia izolacji domku.
Według SNiP znacznie trudniej jest obliczyć zużycie energii cieplnej według SNiP. Będziesz musiał zebrać wiele danych referencyjnych i pracować nad obliczeniami, ale ostateczne liczby będą odzwierciedlać rzeczywisty obraz z dokładnością do 95%. Postaramy się uprościć metodologię i sprawić, aby obliczenie obciążenia grzewczego było możliwie najbardziej zrozumiałe.
Na przykład projekt parterowego domu o powierzchni 100 m²
Aby jasno objaśnić wszystkie metody określania ilości energii cieplnej, sugerujemy wziąć jako przykład parterowy dom o łącznej powierzchni 100 kwadratów (zgodnie z pomiarem zewnętrznym), pokazany na rysunku. Podajemy parametry techniczne budynku:
- region budowlany - pas klimatu umiarkowanego (Mińsk, Moskwa);
- grubość zewnętrznego ogrodzenia wynosi 38 cm, materiał to cegła silikatowa;
- izolacja ścian zewnętrznych - styropian o grubości 100 mm, gęstość - 25 kg / m³;
- podłogi - beton na ziemi, nie ma piwnicy;
- zachodzenie na siebie - płyty żelbetowe izolowane od strony zimnego poddasza pianką 10 cm;
- okna - standardowe metalowo-plastikowe na 2 szklankach, wymiary - 1500 x 1570 mm (h);
- przednie drzwi są metalowe 100 x 200 cm, izolowane od wewnątrz wytłaczaną pianką polistyrenową 20 mm.
Domek ma wewnętrzne przegrody w pół cegły (12 cm), kotłownia znajduje się w osobnym budynku. Obszary pomieszczeń są wskazane na rysunku, wysokość sufitów zostanie podjęta w zależności od wyjaśnionej metody obliczeniowej - 2,8 lub 3 m.
Obliczamy zużycie ciepła według kwadratury
W celu przybliżonego oszacowania obciążenia grzewczego zwykle stosuje się najprostsze obliczenie termiczne: powierzchnia budynku jest pobierana zgodnie z pomiarem zewnętrznym i mnożona przez 100 watów. W związku z tym zużycie ciepła w domku o powierzchni 100 m² wyniesie 10 000 W lub 10 kW.Wynik pozwala wybrać kocioł o współczynniku bezpieczeństwa 1,2-1,3, w tym przypadku moc urządzenia przyjmuje się na poziomie 12,5 kW.
Sugerujemy wykonanie dokładniejszych obliczeń z uwzględnieniem lokalizacji pokoi, liczby okien i regionu zabudowy. Dlatego przy sufitach do 3 m zaleca się stosowanie następującej formuły:
Obliczenia przeprowadza się dla każdego pokoju osobno, a następnie wyniki są sumowane i mnożone przez współczynnik regionalny. Objaśnienie zapisu wzoru:
- Q jest pożądanym obciążeniem, W;
- Spom - kwadratura pokoju, m²;
- q jest wskaźnikiem specyficznej charakterystyki termicznej związanej z powierzchnią pomieszczenia, W / m²;
- k - współczynnik uwzględniający klimat w obszarze zamieszkania.
Na przykład. Jeśli prywatny dom znajduje się w strefie umiarkowanej, przyjmuje się, że współczynnik k jest równy jeden. W regionach południowych k = 0,7, w regionach północnych stosuje się wartości 1,5–2.
Przybliżone obliczenie wskaźnika całkowitej kwadratury q = 100 W / m². Podejście to nie uwzględnia lokalizacji pomieszczeń i różnej liczby otworów świetlnych. Korytarz w domku straci znacznie mniej ciepła niż narożna sypialnia z oknami o tej samej powierzchni. Proponujemy przyjąć wartość określonej charakterystyki termicznej q w następujący sposób:
- dla pomieszczeń z jedną ścianą zewnętrzną i oknem (lub drzwiami) q = 100 W / m²;
- pokoje narożne z jednym oświetleniem - 120 W / m²;
- to samo z dwoma oknami - 130 W / m².
Sposób wyboru wartości q jest wyraźnie pokazany na planie piętra. W naszym przykładzie obliczenia wyglądają następująco:
Q = (15,75 x 130 + 21 x 120 + 5 x 100 + 7 x 100 + 6 x 100 + 15,75 x 130 + 21 x 120) x 1 = 10935 W ≈ 11 kW.
Jak widać, wyrafinowane obliczenia dały inny wynik - w rzeczywistości na ogrzewanie konkretnego domu 100 m² zostanie wydane na 1 kW więcej energii cieplnej. Liczba uwzględnia zużycie ciepła do ogrzewania powietrza zewnętrznego przedostającego się do domu przez otwory i ściany (infiltracja).
Obliczanie obciążenia cieplnego według objętości pomieszczenia
Gdy odległość między podłogą a sufitem osiągnie 3 m lub więcej, nie można użyć poprzedniej opcji obliczeniowej - wynik będzie niepoprawny. W takich przypadkach obciążenie grzewcze uważa się za zgodne ze szczególnymi zagregowanymi wskaźnikami zużycia ciepła na 1 m3 objętości pomieszczenia.
Formuła i algorytm obliczeniowy pozostają takie same, zmienia się tylko parametr powierzchni S na objętość - V:
W związku z tym brany jest inny wskaźnik zużycia właściwego q, odnoszący się do kubatury każdego pomieszczenia:
- pomieszczenie w budynku lub z jedną ścianą zewnętrzną i oknem - 35 W / m³;
- pokój narożny z jednym oknem - 40 W / m³;
- to samo z dwoma lekkimi otworami - 45 W / m³.
Uwaga. Zwiększanie i zmniejszanie regionalnych współczynników k stosuje się we wzorze bez zmian.
Teraz, na przykład, określamy obciążenie ogrzewania naszego domku, przyjmując wysokość sufitu równą 3 m:
Q = (47,25 x 45 + 63 x 40 + 15 x 35 + 21 x 35 + 18 x 35 + 47,25 x 45 + 63 x 40) x 1 = 11182 W ≈ 11,2 kW.
Można zauważyć, że wymagana moc cieplna systemu grzewczego wzrosła o 200 W w porównaniu z poprzednimi obliczeniami. Jeśli weźmiemy wysokość pomieszczeń 2,7–2,8 mi obliczymy wydatek energii przez metr sześcienny, wówczas liczby będą w przybliżeniu takie same. Oznacza to, że metoda ma całkiem zastosowanie do zintegrowanego obliczania strat ciepła w pomieszczeniach o dowolnej wysokości.
Algorytm obliczeniowy według SNiP
Ta metoda jest najdokładniejsza ze wszystkich istniejących. Jeśli skorzystasz z naszych instrukcji i poprawnie wykonasz obliczenia, możesz być w 100% pewien wyniku i spokojnie wybrać sprzęt grzewczy. Procedura wygląda następująco:
- Zmierz kwadraturę ścian zewnętrznych, podłóg i sufitów osobno w każdym pokoju. Określ powierzchnię okien i drzwi wejściowych.
- Oblicz straty ciepła we wszystkich ogrodzeniach zewnętrznych.
- Sprawdź zużycie energii cieplnej wykorzystywanej do ogrzewania powietrza wentylacyjnego (infiltracji).
- Podsumuj wyniki i uzyskaj rzeczywisty wskaźnik obciążenia cieplnego.
Ważny punkt. W dwupiętrowym domku wewnętrzne sufity nie są brane pod uwagę, ponieważ nie ograniczają środowiska.
Istota obliczania strat ciepła jest stosunkowo prosta: musisz dowiedzieć się, ile energii traci każdy typ konstrukcji budynku, ponieważ okna, ściany i podłogi są wykonane z różnych materiałów. Przy określaniu kwadratury ścian zewnętrznych odejmij powierzchnię przeszklonych otworów - te ostatnie umożliwiają większy przepływ ciepła i dlatego są rozpatrywane osobno.
Podczas pomiaru szerokości pomieszczeń dodaj do niej połowę grubości wewnętrznej przegrody i uchwycić zewnętrzny narożnik, jak pokazano na schemacie. Celem jest uwzględnienie pełnej kwadratury ogrodzenia zewnętrznego, tracąc ciepło na całej powierzchni.
Określ straty ciepła ścian i dachów
Wzór do obliczania strumienia ciepła przechodzącego przez konstrukcję tego samego typu (na przykład ścianę) jest następujący:
Rozszyfruj notację:
- wielkość strat ciepła przez jedno ogrodzenie, które wyznaczyliśmy Qi, W;
- A - kwadrat ściany w tym samym pomieszczeniu, m²;
- tv - komfortowa temperatura w pomieszczeniu, zwykle +22 ° С;
- tн - minimalna temperatura powietrza ulicznego, która utrzymuje się przez 5 najzimniejszych zimowych dni (weź rzeczywistą wartość dla swojego obszaru);
- R to odporność grubości ogrodzenia zewnętrznego na przenikanie ciepła, m² ° C / W.
Na powyższej liście pozostaje jeden niepewny parametr - R. Jego wartość zależy od materiału konstrukcji ściany i grubości ogrodzenia. Aby obliczyć opór wymiany ciepła, wykonaj następujące czynności:
- Określić grubość części nośnej ściany zewnętrznej i osobno warstwę izolacyjną. Litera we wzorach - δ jest rozpatrywana w metrach.
- Znajdź współczynniki przewodzenia ciepła materiałów konstrukcyjnych λ z tabel referencyjnych, a jednostką miary jest W / (mºС).
- Zastąp znalezione wartości we wzorze jeden po drugim:
- Zdefiniuj R dla każdej warstwy ściany osobno, dodaj wyniki, a następnie użyj w pierwszej formule.
Powtórz obliczenia osobno dla okien, ścian i sufitów w tym samym pomieszczeniu, a następnie przejdź do następnego pomieszczenia. Straty ciepła przez podłogi są rozpatrywane oddzielnie, jak opisano poniżej.
Wskazówka. Prawidłowe współczynniki przewodzenia ciepła różnych materiałów są wskazane w dokumentacji normatywnej. W przypadku Rosji jest to Kodeks zasad SP 50.13330.2012, w przypadku Ukrainy - DBN V.2.6–31 ~ 2006. Uwaga! W obliczeniach użyj wartości λ określonej w kolumnie „B” dla warunków pracy.
Przykład obliczeniowy do salonu naszego parterowego domu (wysokość sufitu 3 m):
- Powierzchnia ścian zewnętrznych wraz z oknami: (5,04 + 4,04) x 3 = 27,24 m². Kwadrat okien ma 1,5 x 1,57 x 2 = 4,71 m². Powierzchnia ogrodzenia netto: 27,24 - 4,71 = 22,53 m².
- Przewodność cieplna λ dla muru z cegły silikatowej wynosi 0,87 W / (m º C), pianka 25 kg / m³ - 0,044 W / (m º C). Grubość wynosi odpowiednio 0,38 i 0,1 m, bierzemy pod uwagę opór przenoszenia ciepła: R = 0,38 / 0,87 + 0,1 / 0,044 = 2,71 m² ° C / W.
- Temperatura zewnętrzna - minus 25 ° С, w salonie - plus 22 ° С. Różnica wynosi 25 + 22 = 47 ° C.
- Straty ciepła określamy przez ściany salonu: Q = 1 / 2,71 x 47 x 22,53 = 391 watów.
Podobnie brany jest pod uwagę przepływ ciepła przez okna i podłogi. Odporność termiczna półprzezroczystych konstrukcji jest zwykle wskazywana przez producenta, właściwości żelbetowych podłóg o grubości 22 cm znajdują się w literaturze normatywnej lub referencyjnej:
- R izolowanej podłogi = 0,22 / 2,04 + 0,1 / 0,044 = 2,38 m² ° C / W, utrata ciepła przez dach wynosi 1 / 2,38 x 47 x 5,04 x 4,04 = 402 W.
- Straty przez otwory okienne: Q = 0,32 x 47 x71 = 70,8 W.
Całkowita strata ciepła w salonie (bez podłóg) wyniesie 391 + 402 + 70,8 = 863,8 watów. Podobne obliczenia są przeprowadzane dla pozostałych pomieszczeń, wyniki są podsumowane.
Uwaga: korytarz wewnątrz budynku nie styka się z zewnętrzną powłoką i traci ciepło tylko przez dach i podłogi. Jakie zabezpieczenia należy wziąć pod uwagę w metodyce obliczeń, zobacz wideo.
Podział podłogi na strefy
Aby sprawdzić ilość ciepła traconego przez podłogi na ziemi, budynek w planie jest podzielony na strefy o szerokości 2 m, jak pokazano na schemacie. Pierwszy pasek zaczyna się od zewnętrznej powierzchni konstrukcji budynku.
Algorytm obliczeniowy wygląda następująco:
- Nakreśl plan domku, podziel go na paski o szerokości 2 m. Maksymalna liczba stref wynosi 4.
- Oblicz obszar podłogi, który przypada osobno w każdej strefie, pomijając wewnętrzne ścianki działowe. Uwaga: kwadratura w rogach jest liczona dwukrotnie (zacieniowana na rysunku).
- Korzystając ze wzoru obliczeniowego (dla wygody podajemy go ponownie), określ straty ciepła we wszystkich obszarach, podsumuj liczby.
- Przyjmuje się, że opór przenikania ciepła R dla strefy I wynosi 2,1 m² ° C / W, II - 4,3, III - 8,6, reszta podłogi - 14,2 m² ° C / W.
Uwaga. Jeśli mówimy o ogrzewanej piwnicy, pierwszy pasek znajduje się w podziemnej części ściany, zaczynając od poziomu gruntu.
Podłogi izolowane wełną mineralną lub pianką polistyrenową obliczane są identycznie, tylko ustalone wartości R są uzupełniane oporem cieplnym warstwy izolacyjnej, określonym wzorem δ / λ.
Przykład obliczeniowy w salonie wiejskiego domu:
- Kwadratura strefy I wynosi (5,04 + 4,04) x 2 = 18,16 m², działka II - 3,04 x 2 = 6,08 m². Pozostałe strefy nie wchodzą do salonu.
- Zużycie energii dla 1. strefy wyniesie 1 / 2,1 x 47 x 18,16 = 406,4 W, dla drugiej - 1 / 4,3 x 47 x 6,08 = 66,5 W.
- Ilość ciepła przepływającego przez podłogi salonu wynosi 406,4 + 66,5 = 473 watów.
Teraz łatwo jest obniżyć całkowitą utratę ciepła w danym pomieszczeniu: 863,8 + 473 = 1336,8 W, w zaokrągleniu - 1,34 kW.
Ogrzewanie powietrza wentylacyjnego
Zdecydowana większość prywatnych domów i mieszkań ma naturalną wentylację. Powietrze uliczne przenika przez narteksy okien i drzwi, a także otwory wentylacyjne. Przychodząca zimna masa jest ogrzewana przez system grzewczy, zużywając dodatkową energię. Jak sprawdzić wysokość tych strat:
- Ponieważ obliczenia infiltracji są zbyt skomplikowane, dokumenty regulacyjne pozwalają na przydział 3 m3 powietrza na godzinę na każdy metr kwadratowy mieszkania. Całkowity dopływ powietrza nawiewanego L jest uważany za prosty: kwadratura pomieszczenia jest mnożona przez 3.
- L jest objętością i potrzebna jest masa m przepływu powietrza. Dowiedz się, mnożąc przez gęstość gazu pobranego ze stołu.
- Masę powietrza m zastępuje się w formule szkolnego kursu fizyki, co umożliwia określenie ilości zużytej energii.
Wymaganą ilość ciepła obliczamy na przykładzie długiego cierpiącego salonu o powierzchni 15,75 m². Objętość dopływu L = 15,75 x 3 = 47,25 m³ / h, masa - 47,25 x 1,422 = 67,2 kg / h. Zakładając pojemność cieplną powietrza (oznaczoną literą C) równą 0,28 W / (kg ºС), stwierdzamy zużycie energii: Qvent = 0,28 x 67,2 x 47 = 884 W. Jak widać, liczba ta jest imponująca, dlatego należy wziąć pod uwagę ogrzewanie mas powietrza.
Ostateczne obliczenie strat ciepła w budynku plus zużycie ciepła do wentylacji określa się poprzez zsumowanie wszystkich wcześniej uzyskanych wyników. W szczególności obciążenie związane z ogrzewaniem salonu spowoduje rysunek 0,88 + 1,34 = 2,22 kW. Podobnie obliczane są wszystkie pokoje domku, na końcu koszty energii sumują się do jednej cyfry.
Ostateczne rozliczenie
Jeśli twój mózg jeszcze nie zaczął się gotować z powodu obfitości formuł 😊, z pewnością interesujące jest zobaczenie wyniku w całym jednopiętrowym domu. W poprzednich przykładach wykonaliśmy główną pracę, pozostaje tylko przejść przez inne pokoje i dowiedzieć się o stratach ciepła całej zewnętrznej powłoki budynku. Znaleziono surowe dane:
- odporność termiczna ścian - 2,71, okien - 0,32, podłóg - 2,38 m² ° С / W;
- wysokość sufitu - 3 m;
- R dla drzwi wejściowych izolowanych pianką styropianową wynosi 0,65 m² ° C / W;
- temperatura wewnętrzna - 22, zewnętrzna - minus 25 ° С.
Aby uprościć obliczenia, proponujemy utworzenie tabeli w Exelu, a następnie umieścimy tam wyniki pośrednie i końcowe.
Na koniec obliczeń i wypełnienia tabeli uzyskano następujące wartości zużycia energii cieplnej dla pomieszczeń:
- pokój dzienny - 2,22 kW;
- kuchnia - 2,536 kW;
- korytarz - 745 W;
- korytarz - 586 W;
- łazienka - 676 W;
- sypialnia - 2,22 kW;
- dzieci - 2,536 kW.
Całkowite obciążenie systemu ogrzewania prywatnego domu o powierzchni 100 m² wynosi 11,518 W, w zaokrągleniu - 11,6 kW.Warto zauważyć, że wynik różni się od przybliżonych metod obliczeniowych dosłownie o 5%.
Jak korzystać z wyników obliczeń
Znając zapotrzebowanie budynku na ciepło, właściciel domu może:
- wyraźnie wybrać moc urządzeń grzewczych do ogrzewania domku;
- wybierz żądaną liczbę sekcji grzejników;
- określić wymaganą grubość izolacji i wykonać izolację termiczną budynku;
- znaleźć natężenie przepływu chłodziwa w dowolnej części układu i, jeśli to konieczne, wykonać obliczenia hydrauliczne rurociągów;
- Sprawdź średnie dzienne i miesięczne zużycie ciepła.
Ostatni akapit jest szczególnie interesujący. Znaleźliśmy wartość obciążenia cieplnego w ciągu 1 godziny, ale można go ponownie obliczyć na dłuższy okres i obliczyć szacunkowe zużycie paliwa - gazu, drewna opałowego lub pelletu.