| ! | Żądanie, w komentarzach pisz komentarze, uzupełnienia. | ! |
Dom traci ciepło przez otaczające konstrukcje (ściany, okna, dach, fundament), wentylację i kanalizację. Główne straty ciepła przechodzą przez otaczające struktury - 60-90% wszystkich strat ciepła.
Obliczenie strat ciepła w domu jest konieczne przynajmniej w celu wyboru odpowiedniego kotła. Możesz również oszacować, ile pieniędzy zostanie wydanych na ogrzewanie w planowanym domu. Oto przykładowe obliczenia dla kotła gazowego i elektrycznego. Dzięki wyliczeniom możliwa jest również analiza efektywności finansowej izolacji, tj. aby zrozumieć, czy koszt instalacji izolacji zwróci się wraz z oszczędnością paliwa przez cały okres użytkowania izolacji.
Straty ciepła przez otaczające konstrukcje
Podam przykład obliczeń zewnętrznych ścian dwupiętrowego domu.
| 1) Obliczamy opór przenikania ciepła ściany, dzieląc grubość materiału przez jego współczynnik przewodności cieplnej. Na przykład, jeśli ściana jest zbudowana z ciepłej ceramiki o grubości 0,5 m o współczynniku przewodzenia ciepła 0,16 W/(m×°C), to dzielimy 0,5 przez 0,16: 0,5 m / 0,16 W / (m × ° C) = 3,125 m2 × ° C / W Współczynniki przewodności cieplnej materiałów budowlanych można znaleźć tutaj. |
| 2) Obliczamy całkowitą powierzchnię ścian zewnętrznych. Oto uproszczony przykład kwadratowego domu: (10 m szer x 7 m wys x 4 boki) - (16 okien x 2,5 m2) = 280 m2 - 40 m2 = 240 m2 |
| 3) Jednostkę dzielimy przez opór wymiany ciepła, uzyskując w ten sposób straty ciepła z jednego metra kwadratowego ściany o jeden stopień różnicy temperatur. 1/3,125 m2×°C/W=0,32 W/m2×°C |
| 4) Obliczamy straty ciepła ścian. Straty ciepła z metra kwadratowego ściany mnożymy przez powierzchnię ścian i różnicę temperatur wewnątrz domu i na zewnątrz. Na przykład, jeśli wewnątrz jest + 25 ° C, a na zewnątrz –15 ° C, to różnica wynosi 40 ° C. 0,32 W/m2 × °C × 240 m2 × 40 °C = 3072 W Ta liczba to straty ciepła ścian. Straty ciepła mierzy się w watach, tj. to jest moc strat ciepła. |
| 5) W kilowatogodzinach wygodniej jest zrozumieć znaczenie utraty ciepła. W ciągu 1 godziny energia cieplna przechodzi przez nasze ściany przy różnicy temperatur 40 ° C: 3072 W × 1 h = 3,072 kW × h Energia jest zużywana w ciągu 24 godzin: 3072 W × 24 h = 73,728 kW × h |
Oczywiste jest, że w okresie grzewczym pogoda jest inna, tj. różnica temperatur zmienia się cały czas. Dlatego, aby obliczyć straty ciepła dla całego okresu grzewczego należy w kroku 4 pomnożyć przez średnią różnicę temperatur dla wszystkich dni okresu grzewczego.
Przykładowo w ciągu 7 miesięcy okresu grzewczego średnia różnica temperatur w pomieszczeniu i na zewnątrz wynosiła 28 stopni, co oznacza straty ciepła przez ściany w ciągu tych 7 miesięcy w kilowatogodzinach:
0,32 W / m2 × ° C × 240 m2 × 28 ° C × 7 miesięcy × 30 dni × 24 h = 10838016 W × h = 10838 kW × h
Liczba jest dość „namacalna”. Na przykład, jeśli ogrzewanie było elektryczne, możesz obliczyć, ile pieniędzy zostałoby wydanych na ogrzewanie, mnożąc uzyskaną liczbę przez koszt kWh. Możesz obliczyć, ile pieniędzy wydano na ogrzewanie gazem, obliczając koszt kWh energii z kotła gazowego. Aby to zrobić, musisz znać koszt gazu, ciepło spalania gazu i sprawność kotła.
Nawiasem mówiąc, w ostatnim obliczeniu zamiast średniej różnicy temperatur, liczby miesięcy i dni (ale nie godzin, zostawiamy zegar), można było użyć stopniodnia okresu grzewczego - GSOP, niektóre informacje o GSOP są tutaj. Możesz znaleźć już obliczony GSOP dla różnych miast Rosji i pomnożyć straty ciepła z jednego metra kwadratowego przez powierzchnię ściany, przez te GSOP i przez 24 godziny, po otrzymaniu strat ciepła w kW * h.
Podobnie jak w przypadku ścian, należy obliczyć wartości strat ciepła dla okien, drzwi wejściowych, dachu, fundamentu. Następnie zsumuj wszystko i uzyskaj wartość strat ciepła przez wszystkie otaczające struktury. Nawiasem mówiąc, w przypadku okien nie będzie konieczne ustalanie grubości i przewodności cieplnej, zwykle istnieje już gotowa odporność na przenikanie ciepła jednostki szklanej obliczona przez producenta.W przypadku podłogi (w przypadku fundamentu płytowego) różnica temperatur nie będzie zbyt duża, grunt pod domem nie jest tak zimny jak powietrze na zewnątrz.
Właściwości termoizolacyjne konstrukcji otaczających
Zgodnie z właściwościami termoizolacyjnymi konstrukcji otaczających wyróżnia się dwie kategorie budynków pod względem efektywności energetycznej:
- Klasa C. Różni się normalną wydajnością. Do tej klasy zalicza się budynki stare oraz znaczną część nowych budynków w niskiej zabudowie. Typowy dom murowany lub z bali będzie miał klasę C.
- Klasa A. Domy te są bardzo energooszczędne. Do ich budowy wykorzystywane są nowoczesne materiały termoizolacyjne. Wszystkie konstrukcje budowlane projektowane są w taki sposób, aby zminimalizować straty ciepła.
Wiedząc, do której kategorii należy dom, biorąc pod uwagę warunki klimatyczne, możesz rozpocząć obliczenia. Aby użyć do tego specjalnych programów lub skorzystać z „staromodnych” metod i liczyć długopisem i papierem, to zależy od właściciela domu. Współczynnik przenikania ciepła dla przegród zewnętrznych można obliczyć za pomocą metod tabelarycznych.
Wiedząc, jakie materiały zostały użyte do budowy i izolacji domu, jakie okna z podwójnymi szybami zostały zainstalowane (obecnie na rynku jest wiele opcji energooszczędnych), wszystkie niezbędne wskaźniki można znaleźć w specjalnych tabelach.
Straty ciepła przez wentylację
Przybliżona ilość dostępnego powietrza w domu (nie biorę pod uwagę objętości ścian wewnętrznych i mebli):
10 m х 10 m х 7 m = 700 m3
Gęstość powietrza w temperaturze +20°C 1,2047 kg/m3. Ciepło właściwe powietrza 1.005 kJ/(kg×°C). Masa powietrza w domu:
700 m3 × 1,2047 kg / m3 = 843,29 kg
Powiedzmy, że całe powietrze w domu zmienia się 5 razy dziennie (jest to liczba przybliżona). Przy średniej różnicy między temperaturą wewnętrzną i zewnętrzną wynoszącą 28 ° C dla całego okresu grzewczego, energia cieplna będzie wydawana średnio dziennie na ogrzanie napływającego zimnego powietrza:
5 × 28 ° C × 843,29 kg × 1.005 kJ / (kg × ° C) = 118 650,903 kJ
118 650,903 kJ = 32,96 kWh (1 kWh = 3600 kJ)
Te. w sezonie grzewczym przy pięciokrotnej wymianie powietrza dom przez wentylację straci średnio 32,96 kWh energii cieplnej na dobę. Przez 7 miesięcy okresu grzewczego straty energii wyniosą:
7 × 30 × 32,96 kWh = 6921,6 kWh
Obliczanie strat ciepła w prywatnym domu z przykładami
Aby Twój dom nie okazał się bezdenną jamą na koszty ogrzewania, sugerujemy przestudiowanie podstawowych kierunków badań ciepłowniczych i metodologii obliczeń.
Aby Twój dom nie okazał się bezdenną jamą na koszty ogrzewania, sugerujemy przestudiowanie podstawowych kierunków badań ciepłowniczych i metodologii obliczeń.
Bez wstępnego obliczenia przenikalności cieplnej i akumulacji wilgoci traci się całą istotę budownictwa mieszkaniowego.
Fizyka procesów ciepłowniczych
Różne dziedziny fizyki mają wiele wspólnego w opisywaniu badanych przez nie zjawisk. Tak jest w inżynierii cieplnej: zasady opisujące układy termodynamiczne wyraźnie współgrają z podstawami elektromagnetyzmu, hydrodynamiki i mechaniki klasycznej. W końcu mówimy o opisywaniu tego samego świata, nic więc dziwnego, że modele procesów fizycznych w wielu dziedzinach badań charakteryzują się pewnymi cechami wspólnymi.
Najlepsze publikacje w kanale Telegram Econet.ru. Subskrybuj!
Istota zjawisk termicznych jest łatwa do zrozumienia. Temperatura ciała lub stopień jego nagrzania jest niczym innym jak miarą intensywności drgań cząstek elementarnych, z których składa się to ciało. Oczywiście, gdy zderzają się dwie cząstki, ta o wyższym poziomie energii przekaże energię cząstce o niższej energii, ale nigdy odwrotnie.
Nie jest to jednak jedyny sposób wymiany energii, możliwa jest również transmisja za pomocą kwantów promieniowania cieplnego.W tym przypadku podstawowa zasada jest koniecznie zachowana: kwant emitowany przez mniej rozgrzany atom nie jest w stanie przekazać energii gorętszej cząstce elementarnej. Po prostu odbija się od niego i albo znika bez śladu, albo przekazuje swoją energię innemu atomowi o mniejszej energii.
Termodynamika jest dobra, ponieważ zachodzące w niej procesy są absolutnie wizualne i można je interpretować pod przykrywką różnych modeli. Najważniejsze jest przestrzeganie podstawowych postulatów, takich jak prawo transferu energii i równowaga termodynamiczna. Jeśli więc Twój pomysł jest zgodny z tymi zasadami, możesz łatwo zrozumieć technikę obliczeń ciepłowniczych od środka i na zewnątrz.
Pojęcie odporności na przenoszenie ciepła
Zdolność materiału do przenoszenia ciepła nazywana jest przewodnością cieplną. W ogólnym przypadku jest zawsze wyższa, im większa jest gęstość substancji i tym lepiej jej struktura jest przystosowana do przenoszenia oscylacji kinetycznych.
Wielkość odwrotnie proporcjonalna do przewodności cieplnej to opór cieplny. Dla każdego materiału właściwość ta nabiera unikalnych wartości w zależności od struktury, kształtu i szeregu innych czynników. Przykładowo, efektywność wymiany ciepła w grubości materiałów i w strefie ich kontaktu z innymi mediami może się różnić, zwłaszcza jeśli między materiałami występuje przynajmniej minimalna międzywarstwa materii w innym stanie skupienia. Opór cieplny jest ilościowo wyrażany jako różnica temperatur podzielona przez natężenie przepływu ciepła:
Rt = (T2 - T1) / P
Gdzie:
- Rt - opór cieplny przekroju, K / W;
- T2 - temperatura początku odcinka, K;
- T1 - temperatura końca odcinka, K;
- P - strumień ciepła, W.
W kontekście obliczania strat ciepła decydującą rolę odgrywa opór cieplny. Każda otaczająca konstrukcja może być przedstawiona jako płasko-równoległa przeszkoda na drodze przepływu ciepła. Na jej całkowity opór cieplny składają się opory poszczególnych warstw, a wszystkie przegrody dokładają się do konstrukcji przestrzennej, jaką jest w istocie budynek.
Rt = l / (λ S)
Gdzie:
- Rt - opór cieplny odcinka obwodu, K / W;
- l to długość odcinka obwodu grzewczego, m;
- λ - współczynnik przewodności cieplnej materiału, W / (m · K);
- S - powierzchnia przekroju działki, m2.
Czynniki wpływające na utratę ciepła
Procesy termiczne dobrze korelują z elektrycznymi: różnica temperatur działa w roli napięcia, strumień ciepła można uznać za siłę prądu, ale dla oporu nie trzeba nawet wymyślać własnego terminu. Również koncepcja najmniejszego oporu, która pojawia się w inżynierii grzewczej jako mostki cieplne, jest również w pełni aktualna.
Jeśli weźmiemy pod uwagę dowolny materiał w przekroju, dość łatwo jest ustalić ścieżkę przepływu ciepła zarówno na poziomie mikro, jak i makro. Jako pierwszy model przyjmiemy ścianę betonową, w której z konieczności technologicznej, poprzez mocowania wykonane są z prętów stalowych o dowolnym przekroju. Stal przewodzi ciepło nieco lepiej niż beton, dlatego możemy wyróżnić trzy główne strumienie ciepła:
- przez grubość betonu
- przez stalowe pręty
- od stalowych prętów do betonu
Najciekawszy jest ostatni model przepływu ciepła. Ponieważ pręt stalowy nagrzewa się szybciej, będzie różnica temperatur między dwoma materiałami bliżej zewnętrznej strony ściany. Tak więc stal nie tylko sama „pompuje” ciepło na zewnątrz, ale także zwiększa przewodność cieplną sąsiednich mas betonowych.
W mediach porowatych procesy termiczne przebiegają w podobny sposób. Prawie wszystkie materiały budowlane składają się z rozgałęzionej sieci materii stałej, której przestrzeń jest wypełniona powietrzem.
Zatem głównym przewodnikiem ciepła jest materiał stały, gęsty, ale ze względu na złożoną strukturę droga, po której rozchodzi się ciepło, okazuje się być większa niż przekrój. Zatem drugim czynnikiem determinującym opór cieplny jest niejednorodność każdej warstwy i przegrody zewnętrznej budynku jako całości.
Trzecim czynnikiem wpływającym na przewodnictwo cieplne jest gromadzenie się wilgoci w porach. Woda ma opór cieplny 20–25 razy mniejszy niż powietrze, więc jeśli wypełnia pory, ogólna przewodność cieplna materiału staje się jeszcze wyższa, niż gdyby w ogóle nie było porów. Kiedy woda zamarza, sytuacja staje się jeszcze gorsza: przewodność cieplna może wzrosnąć nawet 80 razy. Źródłem wilgoci jest zwykle powietrze w pomieszczeniu i opady. W związku z tym trzy główne metody radzenia sobie z tym zjawiskiem to zewnętrzna hydroizolacja ścian, stosowanie ochrony przed parą i obliczanie akumulacji wilgoci, które koniecznie przeprowadza się równolegle z przewidywaniem strat ciepła.
Zróżnicowane schematy obliczeniowe
Najprostszym sposobem ustalenia wielkości strat ciepła w budynku jest zsumowanie wartości przepływu ciepła przez konstrukcje składające się na budynek. Technika ta w pełni uwzględnia różnicę w strukturze różnych materiałów, a także specyfikę przepływu ciepła przez nie oraz w węzłach styku jednej płaszczyzny z drugą. To dychotomiczne podejście znacznie upraszcza zadanie, ponieważ różne konstrukcje otaczające mogą znacznie różnić się w projektowaniu systemów ochrony termicznej. W związku z tym w osobnym badaniu łatwiej jest określić ilość strat ciepła, ponieważ w tym celu istnieją różne metody obliczeniowe:
- W przypadku ścian wycieki ciepła są ilościowo równe całkowitej powierzchni pomnożonej przez stosunek różnicy temperatur do oporu cieplnego. W takim przypadku należy wziąć pod uwagę orientację ścian do punktów kardynalnych, aby uwzględnić ich ogrzewanie w ciągu dnia, a także wentylację konstrukcji budowlanych.
- W przypadku podłóg technika jest taka sama, ale uwzględnia obecność przestrzeni na poddaszu i jej tryb działania. Również temperatura w pomieszczeniu jest przyjmowana jako wartość wyższa o 3-5 ° C, obliczona wilgotność również wzrasta o 5-10%.
- Straty ciepła przez podłogę są obliczane strefowo, opisując pasy wzdłuż obwodu budynku. Wynika to z faktu, że temperatura gruntu pod posadzką jest wyższa w środku budynku w porównaniu z częścią fundamentową.
- Przepływ ciepła przez przeszklenie określają dane paszportowe okien, należy również wziąć pod uwagę rodzaj przylegania okien do ścian i głębokość skarp.
Q = S (ΔT / Rt)
Gdzie:
- Q — strata ciepła, W;
- S - powierzchnia ściany, m2;
- ΔT jest różnicą między temperaturami wewnątrz i na zewnątrz pomieszczenia, ° С;
- Rt - odporność na przenoszenie ciepła, m2 ° С / W.
Przykład obliczenia
Zanim przejdziemy do przykładu demo, odpowiedzmy na ostatnie pytanie: jak poprawnie obliczyć całkowity opór cieplny złożonych struktur wielowarstwowych? Można to oczywiście zrobić ręcznie, ponieważ w nowoczesnym budownictwie nie ma tak wielu rodzajów podstaw nośnych i systemów izolacyjnych. Jednak raczej trudno jest brać pod uwagę obecność wykończeń dekoracyjnych, tynków wewnętrznych i elewacyjnych, a także wpływ wszystkich przejściówek i innych czynników, lepiej jest korzystać z automatycznych obliczeń. Jednym z najlepszych zasobów sieciowych do takich zadań jest smartcalc.ru, który dodatkowo rysuje wykres przesunięcia punktu rosy w zależności od warunków klimatycznych.
Weźmy na przykład dowolny budynek, po zapoznaniu się z opisem, którego czytelnik będzie mógł ocenić zestaw danych początkowych wymaganych do obliczeń. W obwodzie leningradzkim znajduje się parterowy dom o regularnym kształcie prostokąta o wymiarach 8,5x10 mi wysokości sufitu 3,1 m.
Dom ma nieizolowaną podłogę na parterze z deskami na balach ze szczeliną powietrzną, wysokość podłogi jest o 0,15 m wyższa niż znak planowania terenu na działce. Materiał muru - monolit żużlowy gr. 42 cm z tynkiem wewnętrznym cementowo-wapiennym do grubości 30 mm i tynkiem zewnętrznym żużlowo-cementowym typu „futro” do gr. 50 mm. Całkowita powierzchnia przeszklenia to 9,5 m2, jako okna zastosowano dwukomorową szybę zespoloną w profilu ciepłochronnym o średniej odporności termicznej 0,32 m2 °C/W.
Zakładka wykonana jest na belkach drewnianych: dno otynkowane na gontach, wypełnione żużlem wielkopiecowym i pokryte jastrychem glinianym na górze, nad stropem poddasze typu zimnego. Zadaniem obliczenia strat ciepła jest utworzenie systemu ochrony termicznej ściany.
Piętro
Pierwszym krokiem jest określenie strat ciepła przez podłogę. Ponieważ ich udział w całkowitym odpływie ciepła jest najmniejszy, a także ze względu na dużą liczbę zmiennych (gęstość i rodzaj gleby, głębokość zamarzania, masywność fundamentu itp.), Obliczenia strat ciepła przeprowadza się zgodnie z do uproszczonej metody wykorzystującej obniżony opór przenoszenia ciepła Wzdłuż obwodu budynku, począwszy od linii styku z powierzchnią gruntu, opisane są cztery strefy - otaczające pasy o szerokości 2 metrów.
Dla każdej ze stref przyjmuje się własną wartość zmniejszonego oporu przenikania ciepła. W naszym przypadku są to trzy strefy o powierzchni 74, 26 i 1 m2. Nie należy się mylić z sumą powierzchni stref, która jest większa niż powierzchnia budynku o 16 m2, powodem tego jest podwójne przeliczenie przecinających się pasów pierwszej strefy w narożach, gdzie straty ciepła są znacznie wyższe w porównaniu do odcinków wzdłuż ścian. Stosując wartości oporu przenikania ciepła 2,1, 4,3 i 8,6 m2 °C/W dla stref od pierwszej do trzeciej wyznaczamy strumień ciepła przez każdą ze stref odpowiednio: 1,23, 0,21 i 0,05 kW…
Ściany
Korzystając z danych terenu, a także materiałów i grubości warstw tworzących ściany, we wspomnianej wyżej usłudze smartcalc.ru należy wypełnić odpowiednie pola. Zgodnie z wynikami obliczeń opór wymiany ciepła wynosi 1,13 m2 · ° C / W, a strumień ciepła przez ścianę wynosi 18,48 W na metr kwadratowy. Przy całkowitej powierzchni ścian (bez przeszklenia) 105,2 m2 całkowita strata ciepła przez ściany wynosi 1,95 kW/h. W takim przypadku straty ciepła przez okna wyniosą 1,05 kW.
Zakładka i dach
Obliczenie strat ciepła przez podłogę poddasza można również wykonać w kalkulatorze online, wybierając żądany rodzaj konstrukcji otaczających. W efekcie opór podłogi na przenikanie ciepła wynosi 0,66 m2 °C/W, a strata ciepła 31,6 W na metr kwadratowy, czyli 2,7 kW z całej powierzchni zabudowy.
Całkowita łączna strata ciepła wg obliczeń wynosi 7,2 kWh. Przy wystarczająco niskiej jakości konstrukcji budowlanych wskaźnik ten jest oczywiście znacznie niższy niż rzeczywisty. W rzeczywistości takie obliczenie jest wyidealizowane, nie uwzględnia specjalnych współczynników, przepływu powietrza, składowej konwekcyjnej wymiany ciepła, strat przez wentylację i drzwi wejściowe.
W rzeczywistości z powodu złej jakości montażu okien, braku ochrony na styku dachu z Mauerlatem i słabej hydroizolacji ścian od fundamentu, rzeczywiste straty ciepła mogą być 2, a nawet 3 razy większe niż obliczone. Niemniej jednak nawet podstawowe opracowania z zakresu ciepłownictwa pozwalają określić, czy konstrukcje budowanego domu przynajmniej w pierwszym przybliżeniu będą spełniały normy sanitarne.
Na koniec podamy jedno ważne zalecenie: jeśli naprawdę chcesz uzyskać pełne zrozumienie fizyki cieplnej konkretnego budynku, musisz zrozumieć zasady opisane w tym przeglądzie i specjalnej literaturze. Na przykład bardzo dobrą pomocą w tej sprawie może być książka referencyjna Eleny Malyaviny „Straty ciepła budynku”, w której szczegółowo wyjaśniono specyfikę procesów ciepłowniczych, podano linki do niezbędnych dokumentów regulacyjnych, a także przykłady obliczeń i wszystkie niezbędne informacje referencyjne. Opublikowane przez econet.ru
Jeśli masz jakieś pytania na ten temat, zapytaj specjalistów i czytelników naszego projektu tutaj.
PS I pamiętaj, po prostu zmieniając swoje zużycie - razem zmieniamy świat! © econet
Straty ciepła przez kanalizację
W sezonie grzewczym woda wchodząca do domu jest raczej zimna, na przykład ma średnią temperaturę + 7°C.Ogrzewanie wody jest wymagane, gdy mieszkańcy zmywają naczynia i kąpią się. Również woda jest częściowo podgrzewana z otaczającego powietrza w spłuczce toaletowej. Całe ciepło odbierane przez wodę jest spuszczane do kanalizacji.
Załóżmy, że rodzina w domu zużywa 15 m3 wody miesięcznie. Ciepło właściwe wody wynosi 4,183 kJ / (kg × ° C). Gęstość wody wynosi 1000 kg/m3. Załóżmy, że średnio woda wchodząca do domu jest podgrzewana do + 30 ° C, tj. różnica temperatur 23 ° C
W związku z tym miesięcznie straty ciepła przez kanał będą wynosić:
1000 kg / m3 × 15 m3 × 23 ° C × 4,183 kJ / (kg × ° C) = 1443135 kJ
1443135 kJ = 400,87 kWh
Przez 7 miesięcy okresu grzewczego mieszkańcy wlewają do kanalizacji:
7 × 400,87 kWh = 2806,09 kWh
