Predpokladajme, že ste chceli vyzdvihnúť kotol, radiátory a potrubia pre vykurovací systém súkromného domu sami. Úloha číslo 1 - výpočet tepelného zaťaženia pre vykurovanie, inými slovami, určenie celkovej spotreby tepla potrebnej na vykurovanie budovy na pohodlnú vnútornú teplotu. Navrhujeme študovať 3 metódy výpočtu - rôzne zložitosti a presnosti výsledkov.
Metódy stanovenia zaťaženia
Najprv vysvetlíme význam tohto pojmu. Tepelné zaťaženie je celkové množstvo tepla spotrebovaného vykurovacím systémom na vykurovanie priestorov na štandardnú teplotu v najchladnejšom období. Hodnota sa počíta v jednotkách energie - kilowatty, kiloklorie (menej často - kilojoule) a vo vzorcoch sa uvádza latinské písmeno Q.
Znalosť zaťaženia pri vykurovaní súkromného domu všeobecne a potreby každej miestnosti zvlášť, nie je ťažké vybrať si kotol, ohrievače a batérie vodovodného systému na napájanie. Ako vypočítať tento parameter:
- Ak výška stropu nedosiahne 3 m, vykoná sa zväčšený výpočet podľa plochy vykurovaných miestností.
- Pri výške stropu 3 m alebo viac sa spotreba tepla posudzuje podľa objemu priestorov.
- Stanovenie tepelných strát prostredníctvom vonkajšieho oplotenia a nákladov na vykurovanie vetracieho vzduchu podľa SNiP.
Poznámka. V posledných rokoch si online kalkulačky umiestnené na stránkach rôznych internetových zdrojov získali veľkú popularitu. S ich pomocou je stanovenie množstva tepelnej energie rýchle a nevyžaduje ďalšie pokyny. Mínus - je potrebné skontrolovať spoľahlivosť výsledkov, pretože programy napíšu ľudia, ktorí nie sú tepelnými technikmi.
Prvé dve metódy výpočtu sú založené na použití špecifických tepelných charakteristík vo vzťahu k vykurovanej oblasti alebo objemu budovy. Algoritmus je jednoduchý, používa sa všade, ale poskytuje veľmi približné výsledky a nezohľadňuje stupeň izolácie chaty.
Podľa SNiP je oveľa ťažšie vypočítať spotrebu tepelnej energie podľa SNiP. Budete musieť zhromaždiť veľa referenčných údajov a pracovať na výpočtoch, ale konečné čísla budú odrážať skutočný obraz s presnosťou 95%. Pokúsime sa zjednodušiť metodiku a urobiť výpočet tepelného zaťaženia čo najjednoduchším pochopením.
Napríklad projekt jednoposchodového domu o rozlohe 100 m²
Na jasné vysvetlenie všetkých metód na stanovenie množstva tepelnej energie navrhujeme ako príklad jednoposchodový dom s celkovou plochou 100 štvorcov (podľa vonkajšieho merania), zobrazený na obrázku. Uvádzame technické charakteristiky budovy:
- stavebný región - pás mierneho podnebia (Minsk, Moskva);
- hrúbka vonkajšieho oplotenia je 38 cm, materiál je silikátová tehla;
- zateplenie vonkajšej steny - polystyrén s hrúbkou 100 mm, hustota - 25 kg / m³;
- podlahy - betónové na zemi, nie je podpivničený;
- prekrývajúce sa železobetónové dosky izolované z boku studeného podkrovia 10 cm polystyrénom;
- okná - štandardný kovový plast na 2 poháre, veľkosť - 1500 x 1570 mm (h);
- predné dvere sú kovové 100 x 200 cm, izolované z extrudovanej polystyrénovej peny 20 mm zvnútra.
Chata má vnútorné priečky v pol tehle (12 cm), kotolňa sa nachádza v samostatnej budove. Plocha miestností je vyznačená na výkrese, výška stropov sa vyberie v závislosti od vysvetlenej metódy výpočtu - 2,8 alebo 3 m.
Spotrebu tepla vypočítavame kvadratúrne
Na približný odhad tepelného zaťaženia sa zvyčajne používa najjednoduchší tepelný výpočet: plocha budovy sa berie podľa vonkajšieho merania a vynásobí sa 100 wattmi. Spotreba tepla v chate o výmere 100 m² bude teda 10 000 W alebo 10 kW.Výsledok umožňuje zvoliť kotol s bezpečnostným faktorom 1,2 - 1,3, v tomto prípade sa berie výkon jednotky rovný 12,5 kW.
Navrhujeme vykonať presnejšie výpočty s ohľadom na umiestnenie miestností, počet okien a región rozvoja. Preto sa pri stropoch do 3 m odporúča používať tento vzorec:
Výpočet sa vykonáva pre každú miestnosť osobitne, potom sa výsledky spočítajú a vynásobia regionálnym koeficientom. Vysvetlenie zápisu vzorca:
- Q je požadované zaťaženie, W;
- Spom - kvadratúra miestnosti, m²;
- q je ukazovateľ špecifickej tepelnej charakteristiky súvisiacej s plochou miestnosti, W / m²;
- k - koeficient zohľadňujúci klímu v oblasti bydliska.
Pre informáciu. Ak sa súkromný dom nachádza v miernom pásme, koeficient k sa považuje za rovný jednému. V južných regiónoch je k = 0,7, v severných regiónoch sa používajú hodnoty 1,5–2.
Približný výpočet ukazovateľa celkovej kvadratúry q = 100 W / m². Tento prístup nezohľadňuje umiestnenie miestností a rozdielny počet svetelných otvorov. Chodba vo vnútri chaty stratí oveľa menej tepla ako rohová spálňa s oknami rovnakej oblasti. Hodnotu špecifickej tepelnej charakteristiky q navrhujeme vziať takto:
- pre miestnosti s jednou vonkajšou stenou a oknom (alebo dverami) q = 100 W / m²;
- rohové izby s jedným svetelným otvorom - 120 W / m²;
- to isté s dvoma oknami - 130 W / m².
Ako zvoliť hodnotu q, je jasne uvedený v pôdoryse. V našom príklade vyzerá výpočet takto:
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.
Ako vidíte, vylepšené výpočty priniesli iný výsledok - v skutočnosti sa na vykurovanie konkrétneho domu spotrebuje viac ako 100 m² na 1 kW tepelnej energie. Obrázok zohľadňuje spotrebu tepla na ohrev vonkajšieho vzduchu prenikajúceho do domu cez otvory a steny (infiltrácia).
Výpočet tepelného zaťaženia podľa objemu miestností
Keď vzdialenosť medzi podlahou a stropom dosiahne 3 m alebo viac, predchádzajúcu možnosť výpočtu nemožno použiť - výsledok bude nesprávny. V takýchto prípadoch sa vykurovacie zaťaženie považuje za špecifické agregované ukazovatele spotreby tepla na 1 m³ objemu miestnosti.
Vzorec a výpočtový algoritmus zostávajú rovnaké, iba objemový parameter S sa zmení na objem - V:
V súlade s tým sa berie ďalší ukazovateľ špecifickej spotreby q, ktorý sa vzťahuje na kubickú kapacitu každej miestnosti:
- miestnosť vo vnútri budovy alebo s jednou vonkajšou stenou a oknom - 35 W / m³;
- rohová izba s jedným oknom - 40 W / m³;
- to isté s dvoma svetelnými otvormi - 45 W / m³.
Poznámka. Rastúce a klesajúce regionálne koeficienty k sa vo vzorci aplikujú bezo zmien.
Teraz napríklad určujeme zaťaženie vykurovania našej chaty, pričom výška stropu sa rovná 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.
Je zrejmé, že požadovaný tepelný výkon vykurovacieho systému sa v porovnaní s predchádzajúcim výpočtom zvýšil o 200 wattov. Ak vezmeme výšku miestností 2,7–2,8 m a vypočítame energetický výdaj pomocou kubickej kapacity, potom budú čísla približne rovnaké. To znamená, že táto metóda je celkom použiteľná na integrovaný výpočet tepelných strát v miestnostiach akejkoľvek výšky.
Algoritmus výpočtu podľa SNiP
Táto metóda je najpresnejšia zo všetkých existujúcich. Ak použijete naše pokyny a správne vykonáte výpočet, môžete si byť stopercentne istí výsledkom a pokojne zvoliť vykurovacie zariadenie. Postup vyzerá takto:
- Zmerajte kvadratúru vonkajších stien, podláh a stropov osobitne v každej miestnosti. Určite plochu okien a predných dverí.
- Vypočítajte tepelné straty na všetkých vonkajších plotoch.
- Zistite spotrebu tepelnej energie použitej na ohrievanie vzduchu vetrania (infiltrácie).
- Zhrňte výsledky a získajte skutočný ukazovateľ tepelného zaťaženia.
Dôležitý bod. V dvojposchodovej chate sa nezohľadňujú vnútorné stropy, pretože neohraničujú životné prostredie.
Podstata výpočtu tepelných strát je pomerne jednoduchá: musíte zistiť, koľko energie stráca každý typ budovy, pretože okná, steny a podlahy sú vyrobené z rôznych materiálov. Pri určovaní kvadratúry vonkajších stien odpočítajte plochu zasklených otvorov - tieto umožňujú väčší tok tepla, a preto sa posudzujú osobitne.
Pri meraní šírky miestností do nej pridajte polovicu hrúbky vnútornej priečky a zachytite vonkajší roh, ako je to znázornené na obrázku. Cieľom je vziať do úvahy celú kvadratúru vonkajšieho plotu a stráca teplo po celom povrchu.
Určujeme tepelné straty stien a striech
Vzorec na výpočet tepelného toku prechádzajúceho štruktúrou rovnakého typu (napríklad stenou) je nasledujúci:
Oddeľte notáciu:
- množstvo tepelných strát cez jeden plot, ktoré sme označili Qi, W;
- A - zarovnanie steny v rovnakej miestnosti, m²;
- tv - pohodlná teplota vo vnútri miestnosti, obvykle +22 ° С;
- tн - minimálna teplota vzduchu v ulici, ktorá trvá 5 najchladnejších zimných dní (skutočná hodnota pre vašu oblasť);
- R je odpor hrúbky vonkajšieho plotu voči prenosu tepla, m² ° C / W.
Vo vyššie uvedenom zozname zostáva jeden neistý parameter - R. Jeho hodnota závisí od materiálu steny a hrúbky plotu. Pri výpočte odporu prenosu tepla postupujte takto:
- Určite hrúbku nosnej časti vonkajšej steny a osobitne izolačnej vrstvy. Písmeno vo vzorcoch - δ sa považuje v metroch.
- Zistite koeficienty tepelnej vodivosti konštrukčných materiálov λ z referenčných tabuliek a mernou jednotkou je W / (mºС).
- Zistené hodnoty vo vzorci nahradzujte postupne:
- Definujte R pre každú vrstvu steny osobitne, pridajte výsledky a potom použite v prvom vzorci.
Opakujte výpočty osobitne pre okná, steny a stropy v tej istej miestnosti a potom pokračujte do ďalšej miestnosti. Tepelné straty cez podlahy sa posudzujú osobitne, ako je opísané nižšie.
Tip. Správne koeficienty tepelnej vodivosti rôznych materiálov sú uvedené v normatívnej dokumentácii. Pre Rusko je to Kódex pravidiel SP 50.13330.2012, pre Ukrajinu - DBN V.2.6–31 ~ 2006. Pozor! Pri výpočtoch použite pre prevádzkové podmienky hodnotu λ predpísanú v stĺpci „B“.
Príklad výpočtu pre obývaciu izbu nášho prízemného domu (výška stropu 3 m):
- Plocha vonkajších stien spolu s oknami: (5,04 + 4,04) x 3 = 27,24 m². Štvorec okien je 1,5 x 1,57 x 2 = 4,71 m². Čistá plocha oplotenia: 27,24 - 4,71 = 22,53 m².
- Tepelná vodivosť λ pre murivo zo silikátových tehál je 0,87 W / (m ° C), pena 25 kg / m³ - 0,044 W / (m ° C). Hrúbka je 0,38, respektíve 0,1 m, uvažujeme odpor prenosu tepla: R = 0,38 / 0,87 + 0,1 / 0,044 = 2,71 m² ° C / W.
- Vonkajšia teplota - mínus 25 ° С, vo vnútri obývacej izby - plus 22 ° С. Rozdiel je 25 + 22 = 47 ° C.
- Stanovujeme tepelné straty stenami obývacej izby: Q = 1 / 2,71 x 47 x 22,53 = 391 wattov.
Podobne sa berie do úvahy tok tepla oknami a podlahami. Tepelný odpor priesvitných štruktúr je obvykle uvedený výrobcom, vlastnosti železobetónových podláh s hrúbkou 22 cm sa nachádzajú v normatívnej alebo referenčnej literatúre:
- R izolovanej podlahy = 0,22 / 2,04 + 0,1 / 0,044 = 2,38 m² ° C / W, tepelné straty cez strechu sú 1 / 2,38 x 47 x 5,04 x 4,04 = 402 W.
- Straty pri otvorení okna: Q = 0,32 x 47 x 71 = 70,8 W.
Celková tepelná strata v obývacej izbe (okrem podláh) bude 391 + 402 + 70,8 = 863,8 wattov. Podobné výpočty sa vykonávajú pre zostávajúce miestnosti, výsledky sú zhrnuté.
Upozorňujeme, že chodba vo vnútri budovy neprichádza do styku s vonkajším plášťom a stráca teplo iba cez strechu a podlahy. Aké ploty by sa mali zohľadniť v metodike výpočtu, pozri video.
Rozdelenie podlahy na zóny
Aby sa zistilo množstvo tepla strateného podlahami na zemi, je budova v pláne rozdelená na zóny široké 2 m, ako je to znázornené na obrázku. Prvý pás začína od vonkajšieho povrchu stavebnej konštrukcie.
Algoritmus výpočtu je nasledujúci:
- Načrtnite plán chaty, rozdelte ho na pásy široké 2 m. Maximálny počet zón je 4.
- Vypočítajte plochu podlahy, ktorá padá osobitne v každej zóne, pričom nezabudnite na vnútorné priečky. Poznámka: kvadratúra v rohoch sa počíta dvakrát (na obrázku je tieňovaná).
- Pomocou výpočtového vzorca (pre zjednodušenie ho poskytneme znova) stanovte tepelné straty vo všetkých oblastiach, sumarizujte čísla.
- Odolnosť proti prestupu tepla R pre zónu I je 2,1 m² ° C / W, II - 4,3, III - 8,6, zvyšok podlahy - 14,2 m² ° C / W.
Poznámka. Ak hovoríme o vyhrievanom suteréne, prvý pruh sa nachádza v podzemnej časti steny, počnúc úrovňou zeme.
Podlahy izolované minerálnou vlnou alebo polystyrénovou penou sa počítajú rovnako, k pevným hodnotám R sa pridá iba tepelný odpor izolačnej vrstvy stanovený vzorcom δ / λ.
Príklad výpočtu v obývacej izbe vidieckeho domu:
- Kvadratúra zóny I je (5,04 + 4,04) x 2 = 18,16 m², pozemok II - 3,04 x 2 = 6,08 m². Ostatné zóny nevstúpia do obývacej izby.
- Spotreba energie pre 1. zónu bude 1 / 2,1 x 47 x 18,16 = 406,4 W, pre druhú - 1 / 4,3 x 47 x 6,08 = 66,5 W.
- Množstvo toku tepla podlahami obývacej izby je 406,4 + 66,5 = 473 wattov.
Teraz je ľahké zraziť celkovú tepelnú stratu v predmetnej miestnosti: 863,8 + 473 = 1336,8 W, zaokrúhlené - 1,34 kW.
Ohrievanie vetracieho vzduchu
Prevažná väčšina súkromných domov a bytov má prirodzenú ventiláciu. Pouličný vzduch preniká narthexmi okien a dverí, ako aj prívodnými vzduchovými otvormi. Prichádzajúca studená hmota je ohrievaná vykurovacím systémom a vynakladá dodatočnú energiu. Ako zistiť výšku týchto strát:
- Pretože výpočet infiltrácie je príliš komplikovaný, regulačné dokumenty umožňujú pridelenie 3 m³ vzduchu za hodinu na každý štvorcový meter bývania. Celkový prívod privádzaného vzduchu L sa považuje za jednoduchý: kvadratúra miestnosti sa vynásobí 3.
- L je objem a je potrebná hmotnosť m prúdu vzduchu. Zistite vynásobením hustotou plynu odobratého z tabuľky.
- Vzduchová hmota m je nahradená vo vzorci školského kurzu fyziky, ktorý umožňuje určiť množstvo spotrebovanej energie.
Požadované množstvo tepla vypočítame na príklade obývacej izby s dlhou životnosťou o rozlohe 15,75 m². Prítokový objem L = 15,75 x 3 = 47,25 m³ / h, hmotnosť - 47,25 x 1,422 = 67,2 kg / h. Za predpokladu, že tepelná kapacita vzduchu (označená písmenom C) sa rovná 0,28 W / (kg ºС), zistíme, že spotreba energie: Qvent = 0,28 x 67,2 x 47 = 884 W. Ako vidíte, obrázok je dosť pôsobivý, a preto je potrebné zohľadniť ohrev vzduchu.
Konečný výpočet tepelných strát budovy plus spotreba tepla na vetranie sa stanoví súčtom všetkých predtým získaných výsledkov. Najmä zaťaženie vykurovania obývacej izby povedie k obrázku 0,88 + 1,34 = 2,22 kW. Podobne sa počítajú všetky miestnosti chaty, na konci sa náklady na energiu zvýšia na jednu číslicu.
Výsledná dohoda
Ak sa váš mozog ešte nezačal variť kvôli množstvu receptúr 😊, potom je určite zaujímavé vidieť výsledok v jednom poschodovom dome. V predchádzajúcich príkladoch sme urobili hlavnú prácu, zostáva len prejsť inými miestnosťami a zistiť tepelné straty celého vonkajšieho plášťa budovy. Nájdené nespracované údaje:
- tepelný odpor stien - 2,71, okná - 0,32, podlahy - 2,38 m² ° W / W;
- výška stropu - 3 m;
- R pre predné dvere izolované extrudovanou polystyrénovou penou je 0,65 m² / W;
- vnútorná teplota - 22, vonkajšia - mínus 25 ° С.
Pre zjednodušenie výpočtov navrhujeme vytvoriť tabuľku v Exeli, potom tam vložíme priebežné a konečné výsledky.
Na konci výpočtov a vypĺňania tabuľky sa získali tieto hodnoty spotreby tepelnej energie v priestoroch:
- obývacia izba - 2,22 kW;
- kuchyňa - 2,536 kW;
- predsieň - 745 W;
- chodba - 586 W;
- kúpeľňa - 676 W;
- spálňa - 2,22 kW;
- deti - 2,536 kW.
Celkové zaťaženie vykurovacieho systému súkromného domu s rozlohou 100 m² bolo 11,518 W, zaokrúhlené - 11,6 kW.Je pozoruhodné, že výsledok sa líši od približných metód výpočtu doslova 5%.
Ako používať výsledky výpočtov
Majiteľ domu, ktorý pozná požiadavky na teplo v budove, môže:
- jasne zvoliť výkon tepelných zariadení na vykurovanie chaty;
- vytočte požadovaný počet sekcií radiátorov;
- určiť požadovanú hrúbku izolácie a vykonať tepelnú izoláciu budovy;
- zistiť prietok chladiacej kvapaliny v ktorejkoľvek časti systému av prípade potreby vykonať hydraulický výpočet potrubí;
- Zistite priemernú dennú a mesačnú spotrebu tepla.
Posledný odsek má osobitný význam. Hodnota tepelného zaťaženia sme našli za 1 hodinu, ale možno ju prepočítať na dlhšie obdobie a vypočítať odhadovanú spotrebu paliva - plyn, palivové drevo alebo pelety.