Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции

Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции

Чтобы сделать расчет теплопотерь дома нужно знать темрические сопротивления таких элементов как: Стена, окно, крыша, фундамент и так далее. Чтобы найти термическое сопротивление необходимо знать теплопроводность материалов. Учесть вентиляцию и инфильтрацию. Далее мы это разберем по кусочкам.

Рассмотрим строение куба 5х5 метра. Грани, которого сделаны из бетона толщиной 200 мм.

Соберем из 6 граней (стен) куб. Смотри изображение.

Внутри куба температура 25 градусов. С наружи -30° С градусов. С земли 6° С.

Кстати не многие знают и понимают, что с земли идет температура 6-7 градусов. На глубине 2 метров эта температура стабильно держится. Я имею ввиду Россию, даже зимой на глубине 2 метра держится температура выше нуля круглогодично. Находящийся сверху снег увеличивает сохранение тепла под землей. И если у Вас под полом первого этажа ничего нет, значит, температура там будет стремиться к 6-8 градусам. При условии утепленного фундамента и отсутствии внешней вентиляции.

Задача, пример расчета

Найти теплопотери конструкции имеющие размеры 5х5х5 метров. Стены, которого сделаны из бетона толщиной 200 мм.

Сначала рассчитаем одну стену (грань 5х5 м.) S=25 м 2

R – термическое (температурное) сопротивление теплопередаче. (м 2 •°С)/Вт

Rмат – термическое сопротивление материала (стена/грань)

Rвн – термическое сопротивление воздуха находящегося возле стенки внутри помещения

Rнар – термическое сопротивление воздуха находящегося возле стенки на улице.

а_вн – Коэффициент теплоотдачи стенки в помещении

а_нар – Коэффициент теплоотдачи стенки с улицы

Коэффициет теплоотдачи а_вн и а_нар найдены опытным путем и принимаются за константу и при расчетах всегда: а_вн = 8,7 Вт/м 2 ; а_нар =23 Вт/м 2 . Бывают исключения.

Коэффициент теплоотдачи согласно СНиП

То есть, если это боковые стены и крыша, то коэффициент теплоотдачи принимается равным 23 Вт/м 2 Если это внутри помещения к наружной стене или крыше то принимается 8,7 Вт/м 2 .

В любом случае, если стены утеплены, то влияние теплоотдачи резко становится не значительным. То есть сопротивление воздуха возле стенки примерно составляет 5% от сопротивления самой стены. Даже если Вы ошибетесь в выборе коэффициента теплоотдачи, то результат общих теплопотерь измениться не более чем на 5%.

Все величины известны кроме термического сопротивления материала (Rмат) — стены

Находим термическое сопротивление материала

Известно, что материал стены – бетон, термическое сопротивление находится по формуле

Теплопроводность материалов таблица

Теплопроводность бетона будет 1,2 Вт/(м•°С)

Ответ: Теплопотери одной стены составляют 4243,8 Вт

Посчитаем теплопотери снизу

Ответ: Теплопотери вниз составляют 1466 Вт

В большинстве случаев конструкция снизу выглядит следующим образом

Такая конструкция утепления фундамента позволяет достигнуть эффекта, когда температура под полом у земли достигает 6-8 °С. Это в случаях, когда подпольное помещение не проветривается. Если У Вас имеется вентиляция подпольного помещения, то естественно температура будет снижаться на уровень вентилируемого воздуха. Проветривают подпольное помещение, если требуется исключить попадания вредных газов на первые этажи. Теплые водяные полы на первом этаже в конструкции имеют параизолирующий слой, который препятствует инфильтрации вредных газов и различных паров. Естественно плита перекрытия утепляется до требуемого значения. Утепляют обычно материалом имеющим толщину не менее 50-100 мм, ваты или пенополистирола.

Возвращаемся к задаче

У нас имеется 6 стен, одна из которых смотрит вниз. Поэтому 5 граней соприкасаются с воздухом -30 °С, а грань смотрящая вниз соприкасается с землей, то есть 6 градусов.

Общая сумма тепловых потерь куба составит:

W•5 граней+W_вниз= 4243,8 Вт•5+1466 Вт=22685 Вт

Предлагаю для расчета использовать простой практический пример:

Для жилого дома вентиляцию рассчитывать на каждый квадратный метр площади 1 куб.метр воздуха в час.

Представим что наш куб это двухэтажное здание 5х5метров. Тогда его площадь составит 50 м2. Соответственно его расход воздуха(вентиляция) будет равен 50 м3/час.

Формула расчета тепловых потерь через вентиляцию

Для быстрого расчета вентиляции воспользуемся программой:

Ответ: Теплопотери на вентиляцию составляют 921 Вт.

Требовния СНиП для вентиляции

В итоге для расчета теплопотерь дома нужно найти теплопотери теряемые через ограждения(стены) и вентиляцию. Конечно, в теплотехнике встречается более глубокие расчеты. Например, расчет с применением инфильтрация и сторон света (юг, север, запад и восток).

Инфильтрация – это не организованное поступление воздуха в помещение через неплотности в ограждениях зданий под действием теплового и ветрового давления, а также, возможно, вследствие работы механической вентиляции. Также инфильтрацию называют воздухопроницаемостью.

Читать еще: Инструкция по консервации тепломеханического оборудования

Расчет инфильтрации – это расчет воздухопроницаемости ограждений за счет давления на стену. Давление на стену создается разностью масс воздуха. Поэтому чтобы Вас не грузить формулами расчета воздухопроницаемости, советую воспользоваться программным обеспечением, с помощью этой программы можно делать расчет инфильтрации воздуха.

Также в теплотехнике при расчете теплопотерь дома встречается понимание того, что в зависимости от положения стен (юг, север, запад и восток) меняются теплопотери. И разница между стеной смотрящий на юг и стеной смотрящей на север: Всего 10%.

То есть к существующим потерям через ограждающую конструкцию (стену) добавляется 10% на северную стену.

Таблица. Добавочный коэффициент на сторону света

На практике часто опытные инженеры не занимаются вычислением сторон света, в силу того что иногда нет информации куда смотрит стена. Поэтому можно грубо добавить 5% мощности к общим теплопоетрям.

Но мы посчитаем, как положено:

Теплопотери через ограждающие конструкции составляет: 23746 Вт.

Вместе с вентиляцией: 23746+921=24667 Вт.

Если мы с наружи куба добавим утеплитель: Пенополистирол толщиной 100 мм. То получим следующее.

Ответ: 432,24 Вт. Без утеплителя через бетонную стену уходит 4243,8 Вт тепла. Разница в 10 раз.

Теплопотери через окна

Для расчета теплопотерь окон используется такая же формула, но для определения теплопотерь используется только значение термического сопротивления определенного образца.

Например, имеется одно окно 1,4 х 1,4 м. площадью 2 кв.метра.

Ответ: 167,17 Вт тепла будет уходить через окно.

Существуют в домах не отапливаемые помещения, как в них посчитать теплопотери?

Обсуждаем данную тему здесь: Форум отопление

Формулы расчета теплопотерь дома

Первый шаг в организации отопления частного дома — расчет теплопотерь. Цель этого расчета — выяснить, сколько тепла уходит наружу сквозь стены, полы, кровлю и окна (общее название — ограждающие конструкции) при самых суровых морозах в данной местности. Зная, как рассчитать теплопотери по правилам, можно получить довольно точный результат и приступить к подбору источника тепла по мощности.

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:

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:

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

Порядок выполнения вычислений

Чтобы учесть все тепло, уходящее из дома, необходимо сделать расчет теплопотерь помещения, причем каждого по отдельности. Для этого производятся замеры всех ограждений, соседствующих с окружающей средой: стен, окон, крыши, пола и дверей.

Важный момент: обмеры следует выполнять по внешней стороне, захватывая углы строения, иначе расчет теплопотерь дома даст заниженный расход тепла.

Окна и двери измеряются по проему, который они заполняют.

По результатам замеров рассчитывается площадь каждой конструкции и подставляется в первую формулу (S, м²). Туда же вставляется значение R, полученное делением толщины ограждения на коэффициент теплопроводности строительного материала. В случае с новыми окнами из металлопластика величину R вам подскажет представитель фирмы-установщика.

В качестве примера стоит провести расчет теплопотерь через ограждающие стены из кирпича толщиной 25 см, площадью 5 м² при температуре окружающей среды -25°С. Предполагается, что внутри температура составит +20°С, а плоскость конструкции обращена к северу (β = 0,1). Сначала нужно взять из справочной литературы коэффициент теплопроводности кирпича (λ), он равен 0,44 Вт/(м°С). Затем по второй формуле вычисляется сопротивление передаче тепла кирпичной стены 0,25 м:

Читать еще: Схема как построить печь

R = 0,25 / 0.44 = 0,57 м²°С / Вт

Чтобы определить теплопотери помещения с этой стенкой, все исходные данные надо подставить в первую формулу:

Q = 1 / 0,57 х (20 — (-25)) х 5 х (1 + 0,1) = 434 Вт = 4.3 кВт

Если в комнате имеется окно, то после вычисления его площади следует таким же образом определить теплопотери сквозь светопрозрачный проем. Такие же действия повторяются относительно полов, кровли и входной двери. В конце все результаты суммируются, после чего можно переходить к следующему помещению.

Учет тепла на подогрев воздуха

Выполняя расчет теплопотерь здания, важно учесть количество тепловой энергии, расходуемой системой отопления на подогрев вентиляционного воздуха. Доля этой энергии достигает 30% от общих потерь, поэтому игнорировать ее недопустимо. Рассчитать вентиляционные теплопотери дома можно через теплоемкость воздуха с помощью популярной формулы из курса физики:

Здесь все величины известны, кроме массового расхода воздуха при вентиляции помещений. Чтобы не усложнять себе задачу, стоит согласиться с условием, что воздушная среда обновляется во всем доме 1 раз в час. Тогда объемный расход воздуха нетрудно посчитать путем сложения объемов всех помещений, а затем нужно перевести его в массовый через плотность. Поскольку плотность воздушной смеси меняется в зависимости от его температуры, нужно взять подходящее значение из таблицы:

Формулы расчета теплопотерь дома

Базовые формулы

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

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.

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

Порядок выполнения вычислений

Окна и двери измеряются по проему, который они заполняют.

Читать еще: Кател на отопление своими руками

R = 0,25 / 0.44 = 0,57 м²°С / Вт

Q = 1 / 0,57 х (20 — (-25)) х 5 х (1 + 0,1) = 434 Вт = 4.3 кВт

Учет тепла на подогрев воздуха

Online программа расчета теплопотерь дома

Выберите город t_нар = — o C

Введите температуру воздуха в помещении; t_вн = + o C

Теплопотери через стены развернуть свернуть

Вид фасада &#945 =

Площадь наружных стен, кв.м.

Материал первого слоя &#955 =

Толщина первого слоя, м.

Материал второго слоя &#955 =

Толщина второго слоя, м.

Материал третьего слоя &#955 =

Толщина третьего слоя, м.

Теплопотери через стены, Вт

Теплопотери через окна развернуть свернуть

Введите площадь окон, кв.м.

Теплопотери через окна

Теплопотери через потолки развернуть свернуть

Выберите вид потолка

Введите площадь потолка, кв.м.

Материал первого слоя &#955 =

Толщина первого слоя, м.

Материал второго слоя &#955 =

Толщина второго слоя, м.

Материал третьего слоя &#955 =

Толщина третьего слоя, м.

Теплопотери через потолок

Теплопотери через пол развернуть свернуть

Выберите вид пола

Введите площадь пола, кв.м.

Материал первого слоя &#955 =

Толщина первого слоя, м.

Материал второго слоя &#955 =

Толщина второго слоя, м.

Материал третьего слоя &#955 =

Толщина третьего слоя, м.

Теплопотери через пол

Материал первого слоя &#955 =

Толщина первого слоя, м.

Материал второго слоя &#955 =

Толщина второго слоя, м.

Материал третьего слоя &#955 =

Толщина третьего слоя, м.

Площадь зоны 1, кв.м. что такое зоны?

Площадь зоны 2, кв.м.

Площадь зоны 3, кв.м.

Площадь зоны 4, кв.м.

Теплопотери через пол

Теплопотери на инфильтрацию развернуть свернуть

Введите Жилую площадь, м.

Теплопотери на инфильтрацию

О программе развернуть свернуть

Очень часто на практике принимают теплопотери дома из расчета средних около 100 Вт/кв.м. Для тех, кто считает деньги и планирует обустроить дом экономной системой отопления без лишних капиталовложений и с низким расходом топлива, такие расчеты не подойдут. Достаточно будет сказать, что теплопотери хорошо утепленного дома и неутепленного могут отличаться в 2 раза. Точные расчеты по СНиП требуют большого времени и специальных знаний, но эффект от точности не ощутится должным образом на эффективности системы отопления.

Данная программа разрабатывалась с целью предложить лучший результат цена/качество, т.е. (затраченное время)/(достаточная точность).

03.12.2017 — скорректирована формула расчета теплопотерь на инфильтрацию. Теперь расхождений с профессиональными расчетами проектировщиков не обнаружено (по теплопотерям на инфильтрацию).

10.01.2015 — добавлена возможность менять температуру воздуха внутри помещений.

FAQ развернуть свернуть

Как посчитать теплопотери в соседние неотапливаемые помещения?

По нормам теплопотери в соседние помещения нужно учитываеть, если разница температур между ними превышает 3 o C. Это может быть, например, гараж. Как с помощью онлайн-калькулятора посчитать эти теплопотери?

Пример. В комнате у нас должно быть +20, а в гараже мы планируем +5. Решение. В поле t_нар ставим температуру холодной комнаты, в нашем случае гаража, со знаком «-«. -(-5) = +5 . Вид фасада выбираем «по умолчанию». Затем считаем, как обычно.

Внимание! После расчета потерь тепла из помещения в помещение не забываем выставлять температуры обратно.

Обсудить эту статью, оставить отзыв в Google+ | Facebook