Да предположим, че сте искали сами да вземете бойлер, радиатори и тръби за отоплителната система на частна къща. Задача номер 1 - да се изчисли топлинното натоварване за отопление, с други думи, да се определи общата консумация на топлина, необходима за отопление на сградата до комфортна температура в помещението. Предлагаме да проучим 3 метода на изчисление - различни по сложност и точност на резултатите.
Методи за определяне на натоварването
Първо обясняваме значението на термина. Топлинното натоварване е общото количество топлина, изразходвана от отоплителната система за отопление на помещенията до стандартната температура в най-студения период. Стойността се изчислява в енергийни единици - киловати, килокалории (по-рядко - килоджули) и се посочва във формулите с латинската буква Q.
Познавайки натоварването от отоплението на частна къща като цяло и нуждата от всяка стая в частност, не е трудно да изберете котел, нагреватели и батерии на водната система за захранване. Как да изчислим този параметър:
- Ако височината на тавана не достигне 3 m, се прави увеличено изчисление според площта на отопляемите помещения.
- С височина на тавана 3 m или повече, консумацията на топлина се счита от обема на помещенията.
- Определяне на топлинните загуби чрез външно ограждане и разходите за отопление на вентилационния въздух съгласно SNiP.
Забележка. През последните години онлайн калкулаторите, разположени на страниците на различни интернет ресурси, придобиха широка популярност. С тяхна помощ определянето на количеството топлинна енергия е бързо и не изисква допълнителни инструкции. Минус - надеждността на резултатите трябва да се провери, защото програмите са написани от хора, които не са топлинни инженери.
Първите два метода за изчисляване се основават на прилагането на специфични топлинни характеристики по отношение на отопляемата площ или обема на сградата. Алгоритъмът е прост, използва се навсякъде, но дава много приблизителни резултати и не отчита степента на изолация на вилата.
Според SNiP е много по-трудно да се изчисли потреблението на топлинна енергия според SNiP. Ще трябва да съберете много референтни данни и да работите върху изчисленията, но крайните числа ще отразяват реалната картина с точност от 95%. Ще се опитаме да опростим методологията и да направим изчисляването на отоплителния товар максимално достъпно за разбиране.
Например проект на едноетажна къща от 100 м²
За да се обяснят ясно всички методи за определяне на количеството топлинна енергия, предлагаме да вземем за пример едноетажна къща с обща площ от 100 квадрата (според външното измерване), показана на чертежа. Ние изброяваме техническите характеристики на сградата:
- строителна област - ивица с умерен климат (Минск, Москва);
- дебелината на външната ограда е 38 см, материалът е силикатна тухла;
- външна изолация на стени - полистирол с дебелина 100 мм, плътност - 25 кг / м³;
- подове - бетон на земята, няма мазе;
- припокриване - стоманобетонни плочи, изолирани от страната на студеното таванско помещение с 10 см полистирол;
- прозорци - стандартна металопластика на 2 чаши, размер - 1500 x 1570 mm (h);
- входната врата е метална 100 х 200 см, изолирана с екструдирана пенополистирол на 20 мм от вътрешната страна.
Вилата има вътрешни прегради в полу-тухла (12 см), котелното е разположено в отделна сграда. Площите на стаите са посочени на чертежа, височината на таваните ще бъде взета в зависимост от обяснения метод на изчисление - 2,8 или 3 m.
Изчисляваме консумацията на топлина по квадратура
За приблизителна оценка на отоплителния товар обикновено се използва най-простото топлинно изчисление: площта на сградата се взема според външното измерване и се умножава по 100 вата. Съответно консумацията на топлина на вила от 100 м² ще бъде 10 000 W или 10 kW.Резултатът ви позволява да изберете бойлер с коефициент на безопасност 1,2-1,3, в този случай мощността на единицата се приема равна на 12,5 кВт.
Предлагаме да се извършат по-точни изчисления, като се вземат предвид местоположението на стаите, броят на прозорците и района на развитие. Така че, при тавани до 3 м. Се препоръчва да се използва следната формула:
Изчисляването се извършва за всяка стая поотделно, след което резултатите се сумират и умножават по регионалния коефициент. Декодиране на обозначението на формулата:
- Q е желаното натоварване, W;
- Spom - квадратурата на помещението, m²;
- q е показателят за специфичната топлинна характеристика, свързана с площта на помещението, W / m²;
- k - коефициент, отчитащ климата в района на пребиваване.
За справка. Ако частна къща се намира в умерена зона, коефициентът k се приема за равен на единица. В южните райони, k = 0,7, в северните райони се използват стойности 1,5–2.
Приблизително изчисляване на общия квадратурен индикатор q = 100 W / m². Този подход не взема предвид местоположението на стаите и различният брой светлинни отвори. Коридорът във вътрешността на вилата ще загуби много по-малко топлина от ъгловата спалня с прозорци на същата площ. Предлагаме да се вземе стойността на специфичната топлинна характеристика q, както следва:
- за помещения с една външна стена и прозорец (или врата) q = 100 W / m²;
- ъглови стаи с един лек отвор - 120 W / m²;
- същото с два прозореца - 130 W / m².
Как да изберем стойността q е ясно показано на етажния план. За нашия пример изчислението изглежда така:
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.
Както можете да видите, усъвършенстваните изчисления дадоха различен резултат - всъщност за отопление на определена къща 100 m² ще се изразходват за 1 кВт топлинна енергия повече. Фигурата отчита консумацията на топлина за отопление на външния въздух, проникващ в дома през отвори и стени (инфилтрация).
Изчисляване на топлинното натоварване по обем на помещенията
Когато разстоянието между етажите и тавана достигне 3 m или повече, предишната опция за изчисление не може да се използва - резултатът ще бъде неправилен. В такива случаи отоплителното натоварване се счита за специфични агрегирани показатели за консумация на топлина на 1 m³ от обема на помещението.
Формулата и алгоритъмът за изчисляване остават същите, само параметърът на площта S се променя към обема - V:
Съответно се взема и друг показател за специфична консумация q, отнасящ се за кубичния капацитет на всяко помещение:
- помещение вътре в сградата или с една външна стена и прозорец - 35 W / m³;
- ъглова стая с един прозорец - 40 W / m³;
- същото с два отвора за светлина - 45 W / m³.
Забележка. Увеличаващите се и намаляващи регионални коефициенти k се прилагат във формулата без промени.
Сега, например, определяме натоварването от отоплението на нашата къщичка, като вземаме височината на тавана, равна на 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.
Прави впечатление, че необходимата топлинна мощност на отоплителната система се е увеличила с 200 вата в сравнение с предходното изчисление. Ако вземем височината на стаите 2,7–2,8 m и изчислим енергийния разход чрез кубичен капацитет, тогава цифрите ще бъдат приблизително еднакви. Тоест методът е доста приложим за интегрираното изчисляване на топлинните загуби в помещения с всякаква височина.
Алгоритъм за изчисляване според SNiP
Този метод е най-точният от всички съществуващи. Ако използвате нашите инструкции и правилно извършите изчислението, можете да сте 100% сигурни в резултата и спокойно да изберете отоплително оборудване. Процедурата изглежда така:
- Измерете квадратурата на външните стени, подове и тавани отделно във всяка стая. Определете площта на прозорците и входните врати.
- Изчислете загубата на топлина във всички външни огради.
- Разберете потреблението на топлинна енергия, използвана за загряване на вентилационния (инфилтрационен) въздух.
- Обобщете резултатите и получите реален индикатор за топлинното натоварване.
Важен момент. В двуетажна вила вътрешните тавани не се вземат предвид, тъй като не граничат с околната среда.
Същността на изчисляването на топлинните загуби е сравнително проста: трябва да разберете колко енергия губи всеки тип строителна конструкция, защото прозорците, стените и подовете са изработени от различни материали. Когато определяте квадратурата на външните стени, извадете площта на остъклените отвори - последните позволяват по-голям топлинен поток и поради това се разглеждат отделно.
Когато измервате ширината на помещенията, добавете половината от дебелината на вътрешната преграда към нея и заснемете външния ъгъл, както е показано на диаграмата. Целта е да се вземе предвид пълната квадратура на външната ограда, като се губи топлина по цялата повърхност.
Определяме топлинните загуби на стени и покриви
Формулата за изчисляване на топлинния поток, преминаващ през структура от същия тип (например стена), е следната:
Дешифриране на обозначението:
- количеството топлинна загуба през една ограда, която обозначихме Qi, W;
- A - наклона на стената в една и съща стая, m²;
- tv - комфортна температура вътре в стаята, обикновено +22 ° С;
- tн - минималната температура на уличния въздух, която продължава 5-те най-студени зимни дни (вземете реалната стойност за вашия район);
- R е съпротивлението на дебелината на външната ограда срещу топлопреминаване, m² ° C / W.
В горния списък остава един несигурен параметър - R. Стойността му зависи от материала на конструкцията на стената и дебелината на оградата. За да изчислите устойчивостта на топлопреминаване, процедирайте по следния начин:
- Определете дебелината на носещата част на външната стена и отделно изолационния слой. Буквата във формулите - δ, се счита в метри.
- Открийте коефициентите на топлопроводимост на конструкционните материали λ от референтните таблици, а мерната единица е W / (mºС).
- Заменете намерените стойности във формулата едно по едно:
- Определете R за всеки стенен слой поотделно, добавете резултатите и след това използвайте в първата формула.
Повторете изчисленията отделно за прозорци, стени и тавани в една и съща стая, след което преминете към следващата стая. Загубите на топлина през етажите се разглеждат отделно, както е описано по-долу.
Бакшиш. Правилните коефициенти на топлопроводимост на различни материали са посочени в нормативната документация. За Русия това е Кодексът на правилата SP 50.13330.2012, за Украйна - DBN V.2.6–31 ~ 2006. Внимание! При изчисленията използвайте стойността на λ, предписана в колона "B", за работни условия.
Пример за изчисление за хола на нашата едноетажна къща (височина на тавана 3 м):
- Площта на външните стени заедно с прозорците: (5,04 + 4,04) х 3 = 27,24 м². Квадратът на прозорците е 1,5 х 1,57 х 2 = 4,71 м². Нетна оградна площ: 27,24 - 4,71 = 22,53 м².
- Топлинната проводимост λ за зидария от силикатна тухла е 0,87 W / (m º C), пяна 25 kg / m ³ - 0,044 W / (m º C). Дебелината съответно е 0,38 и 0,1 m, считаме съпротивлението на топлопреминаване: R = 0,38 / 0,87 + 0,1 / 0,044 = 2,71 м² ° C / W.
- Външна температура - минус 25 ° С, вътре в хола - плюс 22 ° С. Разликата е 25 + 22 = 47 ° C.
- Определяме загубата на топлина през стените на хола: Q = 1 / 2,71 x 47 x 22,53 = 391 вата.
По подобен начин се има предвид топлинният поток през прозорци и подове. Топлинното съпротивление на полупрозрачните конструкции обикновено се посочва от производителя, характеристиките на стоманобетонните подове с дебелина 22 см се намират в нормативната или справочната литература:
- R на изолиран под = 0,22 / 2,04 + 0,1 / 0,044 = 2,38 м² ° C / W, загубата на топлина през покрива е 1 / 2,38 x 47 x 5,04 x 4,04 = 402 W.
- Загуби през отворите на прозорците: Q = 0,32 x 47 x71 = 70,8 W.
Общата загуба на топлина в хола (без етажите) ще бъде 391 + 402 + 70,8 = 863,8 вата. Подобни изчисления се извършват и за останалите помещения, резултатите се обобщават.
Моля, обърнете внимание: коридорът вътре в сградата не влиза в контакт с външната обвивка и губи топлина само през покрива и подовете. Какви огради трябва да се вземат предвид при методологията на изчисление, вижте във видеото.
Разделяне на пода на зони
За да разберете количеството топлина, загубено от подове на земята, сградата е разделена на 2 м широки зони в плана, както е показано на диаграмата. Първата лента започва от външната повърхност на строителната конструкция.
Алгоритъмът за изчисляване е следният:
- Очертайте плана на вилата, разделете я на ивици с ширина 2 м. Максималният брой зони е 4.
- Изчислете площта на пода, която попада отделно във всяка зона, пренебрегвайки вътрешните прегради. Моля, обърнете внимание: квадратурата в ъглите се брои два пъти (засенчена на чертежа).
- Използвайки формулата за изчисление (за удобство го даваме отново), определете загубите на топлина във всички области, обобщете цифрите.
- Съпротивлението на топлопреминаване R за зона I се приема за 2,1 m² ° C / W, II - 4,3, III - 8,6, останалата част от пода - 14,2 m² ° C / W.
Забележка. Ако говорим за отопляем сутерен, първата лента е разположена в подземната част на стената, като се започне от нивото на земята.
Подовете, изолирани с минерална вата или пенополистирол, се изчисляват еднакво, само фиксираните стойности на R се допълват с термичното съпротивление на изолационния слой, определено по формулата δ / λ.
Пример за изчисление в хола на селска къща:
- Квадратурата на зона I е (5,04 + 4,04) х 2 = 18,16 м², парцел II - 3,04 х 2 = 6,08 м². Останалите зони не влизат в хола.
- Консумацията на енергия за 1-ва зона ще бъде 1 / 2.1 x 47 x 18.16 = 406.4 W, за втората - 1 / 4.3 x 47 x 6.08 = 66.5 W.
- Количеството топлинен поток през пода на хола е 406,4 + 66,5 = 473 вата.
Сега е лесно да се събори общата загуба на топлина във въпросната стая: 863,8 + 473 = 1336,8 W, закръглена - 1,34 кВт.
Вентилационно отопление на въздуха
По-голямата част от частните къщи и апартаменти имат естествена вентилация. Уличният въздух прониква през притворите на прозорците и вратите, както и отворите за подаване на въздух. Входящата студена маса се нагрява от отоплителната система, като харчи допълнителна енергия. Как да разберете размера на тези загуби:
- Тъй като изчислението на инфилтрацията е твърде сложно, регулаторните документи позволяват разпределянето на 3 м³ въздух на час за всеки квадратен метър жилище. Общото подаване на въздух L се счита за просто: квадратурата на помещението се умножава по 3.
- L е обемът, а масата m на въздушния поток е необходима. Разберете, като умножите по плътността на газа, взет от таблицата.
- Въздушната маса m е заместена във формулата на учебния курс по физика, което дава възможност да се определи количеството изразходвана енергия.
Изчисляваме необходимото количество топлина на примера на многострадален хол с площ 15,75 м². Обемът на притока L = 15,75 x 3 = 47,25 m³ / h, маса - 47,25 x 1,422 = 67,2 kg / h. Ако приемем топлинния капацитет на въздуха (обозначен с буквата С), равен на 0,28 W / (kg ºС), намираме консумацията на енергия: Qvent = 0,28 x 67,2 x 47 = 884 W. Както можете да видите, цифрата е доста впечатляваща, поради което трябва да се вземе предвид нагряването на въздушните маси.
Окончателното изчисляване на топлинните загуби на сградата плюс консумираната топлина за вентилация се определя чрез сумиране на всички получени по-рано резултати. По-специално, натоварването при отоплението на хола ще доведе до цифрата 0.88 + 1.34 = 2.22 kW. По същия начин се изчисляват всички стаи на вилата, в края на разходите за енергия се добавят до една цифра.
Окончателно споразумение
Ако вашият мозък все още не е започнал да кипи поради изобилието от формули 😊, със сигурност е интересно да видите резултата в едноетажната къща. В предишните примери ние свършихме основната работа, остава само да минем през други помещения и да открием топлинните загуби на цялата външна обвивка на сградата. Намерени необработени данни:
- термична устойчивост на стени - 2.71, прозорци - 0.32, етажи - 2.38 м² ° С / W;
- височина на тавана - 3 m;
- R за входната врата, изолирана с екструдирана полистиролова пяна, е 0,65 м² ° C / W;
- вътрешна температура - 22, външна - минус 25 ° С.
За да опростим изчисленията, предлагаме да създадем таблица в Exel, след което ще поставим там междинните и крайните резултати.
В края на изчисленията и попълването на таблицата са получени следните стойности на потреблението на топлинна енергия за помещенията:
- хол - 2,22 кВт;
- кухня - 2.536 kW;
- коридор - 745 W;
- коридор - 586 W;
- баня - 676 W;
- спалня - 2,22 кВт;
- детски - 2.536 кВт.
Общото натоварване върху отоплителната система на частна къща от 100 м² е 11.518 W, закръглено - 11.6 kW.Прави впечатление, че резултатът се различава от приблизителните методи на изчисление буквално с 5%.
Как да използвате резултатите от изчисленията
Познавайки потреблението на топлина в сградата, собственикът на жилище може:
- ясно изберете силата на топлоенергийното оборудване за отопление на къщичката;
- наберете желания брой секции на радиаторите;
- определете необходимата дебелина на изолацията и извършете топлоизолация на сградата;
- разберете дебита на охлаждащата течност във всяка част на системата и, ако е необходимо, извършете хидравлично изчисление на тръбопроводите;
- Разберете средния дневен и месечен разход на топлина.
Последният параграф представлява особен интерес. Открихме стойността на топлинното натоварване за 1 час, но тя може да бъде преизчислена за по-дълъг период и да се изчисли прогнозният разход на гориво - газ, дърва за огрев или пелети.