Beräkning av värmepannans effekt av husets område och med hänsyn till värmeförlust: formler

Begäran, i kommentarer
skriv kommentarer, tillägg.

Huset tappar värme genom de inneslutna strukturerna (väggar, fönster, tak, fundament), ventilation och dränering. De viktigaste värmeförlusterna går genom de inneslutna strukturerna - 60–90% av alla värmeförluster.

Beräkningen av värmeförlusten hemma behövs åtminstone för att välja rätt panna. Du kan också uppskatta hur mycket pengar som ska spenderas på uppvärmning i det planerade huset. Här är en exempelberäkning för en gaspanna och en elektrisk. Tack vare beräkningarna är det också möjligt att analysera isoleringens ekonomiska effektivitet, dvs. för att förstå om kostnaden för att installera isolering kommer att löna sig med bränsleekonomi under isoleringens livslängd.

Värmeförlust genom inneslutna strukturer

Jag kommer att ge ett exempel på beräkning av ytterväggarna i ett hus med två våningar.

1) Vi beräknar väggens motstånd mot värmeöverföring och delar tjockleken på materialet med dess värmekonduktivitetskoefficient. Om väggen till exempel är byggd av varm keramik 0,5 m tjock med en värmeledningskoefficient på 0,16 W / (m × ° C), dividerar vi 0,5 med 0,16:
0,5 m / 0,16 W / (m × ° C) = 3,125 m2 × ° C / W

Värmekonduktivitetskoefficienterna för byggmaterial finns här.

2) Vi beräknar ytterytans totala yta. Här är ett förenklat exempel på ett fyrkantigt hus:
(10 m bred x 7 m hög x 4 sidor) - (16 fönster x 2,5 m2) = 280 m2 - 40 m2 = 240 m2

3) Vi delar enheten med motståndet mot värmeöverföring och därigenom får vi värmeförlust från en kvadratmeter av väggen med en grad av temperaturskillnad.
1 / 3,125 m2 × ° C / W = 0,32 W / m2 × ° C

4) Vi beräknar värmeförlusten på väggarna. Vi multiplicerar värmeförlusten från en kvadratmeter av väggen med väggarean och med temperaturskillnaden inuti huset och utanför. Om till exempel insidan är + 25 ° C och utsidan är –15 ° C, är skillnaden 40 ° C.
0,32 W / m2 × ° C × 240 m2 × 40 ° C = 3072 W

Detta nummer är väggarnas värmeförlust. Värmeförlust mäts i watt, dvs. detta är värmeförlusteffekten.

Läs också: Kombinerade elektriska vedpannor för ett privat hus

5) Under kilowattimmar är det bekvämare att förstå innebörden av värmeförlust. På en timme går termisk energi genom våra väggar vid en temperaturskillnad på 40 ° C:
3072 W × 1 h = 3,072 kW × h

Energi förbrukas på 24 timmar:

3072 W × 24 h = 73,728 kW × h

Det är tydligt att vädret är annorlunda under uppvärmningsperioden, dvs. temperaturskillnaden ändras hela tiden. För att beräkna värmeförlusten för hela uppvärmningsperioden är det därför nödvändigt i punkt 4 att multiplicera med den genomsnittliga temperaturskillnaden för alla dagar i uppvärmningsperioden.
Till exempel, under 7 månader av uppvärmningsperioden var den genomsnittliga temperaturskillnaden i rummet och ute 28 grader, vilket innebär värmeförlust genom väggarna under dessa 7 månader i kilowattimmar:

0,32 W / m2 × ° C × 240 m2 × 28 ° C × 7 månader × 30 dagar × 24 h = 10838016 W × h = 10838 kW × h

Siffran är ganska konkret. Om till exempel uppvärmningen var elektrisk kan du beräkna hur mycket pengar som skulle spenderas på uppvärmning genom att multiplicera det resulterande antalet med kostnaden för kWh. Du kan beräkna hur mycket pengar som spenderades på uppvärmning med gas genom att beräkna kostnaden för kWh energi från en gaspanna. För att göra detta måste du känna till kostnaden för gas, gasens förbränningsvärme och pannans effektivitet.

Förresten, i den senaste beräkningen, i stället för den genomsnittliga temperaturskillnaden, antalet månader och dagar (men inte timmar, lämnar vi klockan), var det möjligt att använda graddagen för uppvärmningsperioden - GSOP, en del information om GSOP finns här. Du kan hitta den redan beräknade GSOP för olika städer i Ryssland och multiplicera värmeförlusten från en kvadratmeter med väggytan, med dessa GSOP och med 24 timmar, efter att ha fått värmeförlust i kW * h.

På samma sätt som väggar måste du beräkna värdena för värmeförlust för fönster, ytterdörr, tak, fundament. Lägg sedan till allt så får du värdet av värmeförlust genom alla inneslutande strukturer. För fönster är det förresten inte nödvändigt att ta reda på tjockleken och värmeledningsförmågan, vanligtvis finns det redan ett färdigt motstånd mot värmeöverföring av en glasenhet beräknad av tillverkaren.För golvet (i fallet med en plattplatta) blir temperaturskillnaden inte för stor, marken under huset är inte lika kall som utomhusluften.

Värmeisolerande egenskaper hos inneslutande strukturer

Enligt värmeisoleringsegenskaperna hos de inneslutna strukturerna finns det två kategorier av byggnader när det gäller energieffektivitet:

Klass C. Skillnader i normal prestanda. Denna klass inkluderar gamla byggnader och en betydande del av nya byggnader i lågbyggnad. Ett typiskt tegel- eller timmerhus kommer att vara klass C.
Klass A. Dessa hus har en mycket hög energieffektivitet. Moderna värmeisolerande material används i sin konstruktion. Alla byggnadsstrukturer är utformade på ett sådant sätt att värmeförlusten minimeras.

Att veta vilken kategori huset tillhör, med hänsyn till klimatförhållandena, kan du börja beräkningarna. Att använda speciella program för detta, eller att göra med "gammaldags" metoder och räkna med penna och papper, är det upp till husets ägare. Värmeöverföringskoefficienten för byggnadshöljet kan beräknas med hjälp av tabellmetoder.

Att veta vilka material som användes för att bygga och isolera huset, vilka dubbelglasade fönster installerades (nu finns det många energibesparande alternativ på marknaden), kan du hitta alla nödvändiga indikatorer i specialtabeller.

Värmeförlust genom ventilation

Den ungefärliga volymen tillgänglig luft i huset (jag tar inte hänsyn till volymen på innerväggar och möbler):

10 m х 10 m х 7 m = 700 m3

Lufttäthet vid en temperatur av + 20 ° C 1,2047 kg / m3. Specifik luftkapacitet 1,005 kJ / (kg × ° C). Luftmassa i huset:

700 m3 × 1,2047 kg / m3 = 843,29 kg

Låt oss säga att all luft i huset ändras 5 gånger om dagen (detta är ungefärligt antal). Med en genomsnittlig skillnad mellan de interna och externa temperaturerna på 28 ° C under hela uppvärmningsperioden kommer värmeenergin att förbrukas i genomsnitt per dag för att värma den inkommande kalla luften:

Läs också: Alternativ för värmetillförsel för ett hus på landet

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)

De där. under värmesäsongen, med en femfaldig luftbyte, kommer huset genom ventilation att förlora i genomsnitt 32,96 kWh värmeenergi per dag. Under sju månader efter uppvärmningsperioden kommer energiförlusterna att vara:

7 x 30 x 32,96 kWh = 6921,6 kWh

Beräkning av värmeförlust i ett privat hus med exempel

Så att ditt hus inte visar sig vara en bottenlös grop för värmekostnader, föreslår vi att du studerar de grundläggande anvisningarna för värmeteknikforskning och beräkningsmetodik.

För att ditt hus inte ska bli en bottenlös grop för uppvärmningskostnader, föreslår vi att du studerar de grundläggande riktningarna för värmeteknikforskning och beräkningsmetodik.

Utan en preliminär beräkning av termisk permeabilitet och fuktansamling går hela väsen i bostadsbyggandet förlorad.

Fysik för värmetekniska processer

Olika fysikområden har mycket gemensamt när de beskriver de fenomen de studerar. Så är det inom värmekonstruktion: principerna som beskriver termodynamiska system resonerar tydligt med grunden för elektromagnetism, hydrodynamik och klassisk mekanik. I slutändan pratar vi om att beskriva samma värld, så det är inte förvånande att modeller för fysiska processer kännetecknas av några gemensamma drag inom många forskningsområden.

De bästa publikationerna i Telegramkanalen Econet.ru. Prenumerera!

Kärnan i termiska fenomen är lätt att förstå. En kropps temperatur eller uppvärmningsgraden är inget annat än ett mått på vibrationsintensiteten hos de elementära partiklarna som utgör denna kropp. Uppenbarligen, när två partiklar kolliderar, kommer den med högre energinivå att överföra energi till lågenergipartikeln, men aldrig tvärtom.

Detta är dock inte det enda sättet att utbyta energi; överföring är också möjlig med kvantiteter av värmestrålning.I detta fall är den grundläggande principen nödvändigtvis bevarad: en kvant som emitteras av en mindre uppvärmd atom kan inte överföra energi till en varmare elementär partikel. Den reflekterar helt enkelt av den och försvinner antingen spårlöst eller överför sin energi till en annan atom med mindre energi.

Termodynamik är bra eftersom processerna som äger rum i den är helt visuella och kan tolkas under sken av olika modeller. Det viktigaste är att observera grundläggande postulat som lagen om energiöverföring och termodynamisk jämvikt. Så om din idé överensstämmer med dessa regler kommer du lätt att förstå tekniken för värmeteknikberäkningar inifrån och ut.

Läs också: Ubåtströmsystem

Begreppet motstånd mot värmeöverföring

Förmågan hos ett material att överföra värme kallas värmeledningsförmåga. I allmänhet är det alltid högre, ju större ämnets densitet och desto bättre är dess struktur anpassad för överföring av kinetiska svängningar.

Mängden omvänt proportionell mot värmeledningsförmågan är värmebeständighet. För varje material tar den här egenskapen unika värden beroende på struktur, form och ett antal andra faktorer. Exempelvis kan effektiviteten för värmeöverföring i materialtjockleken och i zonen för deras kontakt med andra media skilja sig, speciellt om det finns åtminstone ett minsta mellanlager av materia i ett annat aggregatstillstånd mellan materialen. Termiskt motstånd uttrycks kvantitativt som temperaturskillnaden dividerat med värmeflödet:

Rt = (T2 - T1) / P

Var:

Rt är sektionens termiska motstånd, K / W;
T2 - temperaturen i början av sektionen, K;
T1 är temperaturen i slutet av sektionen, K;
P - värmeflöde, W.

I samband med beräkning av värmeförlust spelar termisk motstånd en avgörande roll. Varje inneslutande struktur kan representeras som ett planparallellt hinder mot värmeflödesvägen. Dess totala termiska motstånd består av motstånden i varje lager, medan alla skiljeväggar läggs till en rumslig struktur, som i själva verket är en byggnad.

Rt = l / (λ S)

Var:

Rt - kretssektionens termiska motstånd, K / W;
l är längden på värmekretssektionen, m;
λ - materialets värmeledningsförmåga, W / (m · K);
S - areans tvärsnittsarea, m2.

Faktorer som påverkar värmeförlust

Värmeprocesser korrelerar bra med elektriska: temperaturskillnaden verkar som spänningsroll, värmeflödet kan betraktas som strömens styrka, men för motstånd behöver du inte ens uppfinna din egen term. Begreppet minst motstånd, som framträder i värmeteknik som kylbroar, är också fullt giltigt.

Om vi betraktar ett godtyckligt material i avsnitt är det ganska enkelt att fastställa värmeflödesvägen på både mikro- och makronivåer. Som den första modellen kommer vi att ta en betongvägg, där, av teknisk nödvändighet, genom fästanordningar görs med stålstavar av en godtycklig sektion. Stål leder värmen något bättre än betong, så vi kan skilja på tre huvudvärmeflöden:

genom betongens tjocklek
genom stålstänger
från stålstänger till betong

Den sista värmeflödesmodellen är den mest intressanta. Eftersom stålstången värms upp snabbare kommer det att finnas en temperaturskillnad mellan de två materialen närmare utsidan av väggen. Således "pumpar" stål inte bara värmen utåt i sig, utan ökar också värmeledningsförmågan hos de intilliggande betongmassorna.

I porösa medier fortsätter termiska processer på liknande sätt. Nästan allt byggmaterial består av en grenad bana av fast material, vars utrymme är fyllt med luft.

Således är värmeledarens huvudledare ett fast, tätt material, men på grund av den komplexa strukturen visar sig vägen längs vilken värmen förökas sig vara större än tvärsnittet. Således är den andra faktorn som bestämmer termiskt motstånd heterogeniteten för varje skikt och byggnadshöljet som helhet.

Den tredje faktorn som påverkar värmeledningsförmågan är ackumuleringen av fukt i porerna. Vatten har ett termiskt motstånd 20–25 gånger lägre än luftens, så om det fyller porerna blir materialets totala värmeledningsförmåga ännu högre än om det inte fanns några porer alls. När vatten fryser blir situationen ännu värre: värmeledningsförmågan kan öka upp till 80 gånger. Fuktkällan är vanligtvis rumsluft och nederbörd. Följaktligen är de tre huvudmetoderna för att hantera detta fenomen yttre vattentätning av väggar, användning av ångskydd och beräkning av fuktansamling, vilket nödvändigtvis utförs parallellt med att förutsäga värmeförlust.

Differentierade beräkningsscheman

Det enklaste sättet att bestämma mängden värmeförlust i en byggnad är att lägga upp värmeflödet genom de strukturer som utgör byggnaden. Denna teknik tar fullständigt hänsyn till skillnaden i strukturen hos olika material, liksom specifikationerna för värmeflödet genom dem och i noderna för ett plan till ett annat. En sådan dikotom strategi förenklar uppgiften kraftigt, eftersom olika inneslutande strukturer kan skilja sig avsevärt i utformningen av termiska skyddssystem. Följaktligen är det i en separat studie lättare att bestämma mängden värmeförlust, för för detta tillhandahålls olika beräkningsmetoder:

För väggar är värmeläckage kvantitativt lika med den totala ytan multiplicerat med förhållandet mellan temperaturskillnaden och värmebeständigheten. I detta fall måste väggarnas orientering mot kardinalpunkterna tas med i beräkningen för att ta hänsyn till deras uppvärmning på dagtid, liksom ventilationen av byggnadskonstruktioner.
För golv är tekniken densamma, men den tar hänsyn till närvaron av ett vindutrymme och dess driftsätt. Rumstemperaturen tas också som ett värde 3-5 ° C högre, den beräknade luftfuktigheten ökas också med 5-10%.
Värmeförlusten genom golvet beräknas zonvis och beskriver bältena längs byggnadens omkrets. Detta beror på att markens temperatur under golvet är högre i mitten av byggnaden jämfört med grunddelen.
Värmeflödet genom glaset bestäms av fönstrets passdata, du måste också ta hänsyn till vilken typ av fönster som ligger mot väggarna och sluttningarna.

Q = S (AT / Rt)

Var:

Q - värmeförlust, W;
S - väggarea, m2;
ΔT är skillnaden mellan temperaturen i och utanför rummet, ° С;
Rt - motstånd mot värmeöverföring, m2 ° С / W.

Beräkningsexempel

Innan vi går vidare till ett demoexempel, låt oss svara på den sista frågan: hur man korrekt beräknar den integrerade termiska resistansen hos komplexa flerskiktsstrukturer? Detta kan naturligtvis göras manuellt, eftersom det inte finns så många typer av bärande baser och isoleringssystem som används i modern konstruktion. Det är dock ganska svårt att ta hänsyn till närvaron av dekorativa ytor, interiör och fasad, samt påverkan av alla transienter och andra faktorer. Det är bättre att använda automatiserade beräkningar. En av de bästa nätverksresurserna för sådana uppgifter är smartcalc.ru, som dessutom ritar ett daggpunktförskjutningsdiagram beroende på klimatförhållandena.

Läs också: Värmesystem för en lägenhet i en hyreshus

Låt oss till exempel ta en godtycklig byggnad efter att ha studerat beskrivningen av vilken läsaren kommer att kunna bedöma den uppsättning initiala data som krävs för beräkningen. Det finns ett hus i en våning med en regelbunden rektangulär form med måtten 8,5x10 m och en takhöjd på 3,1 m, som ligger i Leningrad-regionen.

Huset har ett oisolerat golv på marken med brädor på stockar med en luftspalt, golvhöjden är 0,15 m högre än markplaneringsmärket på tomten. Väggmaterial - slaggmonolit 42 cm tjock med inre cementkalkplåster upp till 30 mm tjocka och yttre slaggcementpuss av typen "päls" upp till 50 mm tjock. Den totala glasytan är 9,5 m2, en dubbelglasad enhet i en värmebesparande profil med ett genomsnittligt termiskt motstånd på 0,32 m2 ° C / W används som fönster.

Överlappningen är gjord på träbjälkar: botten är plasterad på bältros, fylld med masugnsslagg och täckt med en lergod på toppen, ovanför taket finns en kall vind. Uppgiften att beräkna värmeförlust är bildandet av ett väggskyddssystem.

Golv

Det första steget är att bestämma värmeförlusten genom golvet. Eftersom deras andel av det totala värmeutflödet är det minsta, och också på grund av ett stort antal variabler (densitet och jordtyp, frysdjup, fundamentets massivitet etc.) utförs beräkningen av värmeförlust enligt till en förenklad metod som använder det reducerade värmeöverföringsmotståndet. Längs byggnadens omkrets, med början från kontaktlinjen med markytan, beskrivs fyra zoner - omslutande ränder 2 meter breda.

För var och en av zonerna tas sitt eget värde av det reducerade värmeöverföringsmotståndet. I vårt fall finns det tre zoner med en yta på 74, 26 och 1 m2. Förväxla dig inte av den totala summan av zonernas ytor, vilket är mer än byggnadens yta med 16 m2, anledningen till detta är den dubbla omberäkningen av korsningsremsorna i den första zonen i hörnen, där värmeförlusten är mycket högre jämfört med sektionerna längs väggarna. Genom att använda värmeöverföringsmotståndsvärdena på 2,1, 4,3 och 8,6 m2 ° C / W för zonerna en till tre bestämmer vi värmeflöde genom varje zon: 1,23, 0,21 respektive 0,05 kW ...

Väggar

Med hjälp av terrängdata, såväl som material och tjocklek på skikten som bildar väggarna, på ovan nämnda smartcalc.ru-tjänst måste du fylla i lämpliga fält. Enligt beräkningsresultaten visar sig värmeöverföringsmotståndet vara 1,13 m2 · ° C / W och värmeflödet genom väggen är 18,48 W per kvadratmeter. Med en total väggarea (exklusive glas) på 105,2 m2 är den totala värmeförlusten genom väggarna 1,95 kW / h. I detta fall uppgår värmeförlusten genom fönstren till 1,05 kW.

Överlappning och tak

Beräkningen av värmeförlust genom vindgolvet kan också utföras i onlinekalkylatorn genom att välja önskad typ av inneslutande strukturer. Som ett resultat är golvmotståndet mot värmeöverföring 0,66 m2 ° C / W och värmeförlusten är 31,6 W per kvadratmeter, det vill säga 2,7 kW från hela den inneslutande strukturen.

Total värmeförlust enligt beräkningar är 7,2 kWh. Med en tillräckligt låg kvalitet på byggnadskonstruktioner är denna indikator uppenbarligen mycket lägre än den verkliga. Faktum är att en sådan beräkning är idealiserad, den tar inte hänsyn till speciella koefficienter, luftflöde, konvektionskomponent för värmeöverföring, förluster genom ventilation och entrédörrar.

Faktum är att på grund av installation av fönster av dålig kvalitet, brist på skydd mot taket mot Mauerlat och dålig vattentätning av väggarna från fundamentet kan verkliga värmeförluster vara 2 eller till och med 3 gånger högre än de beräknade. Ändå hjälper även grundläggande värmetekniska studier att avgöra om strukturerna i ett hus under uppbyggnad kommer att uppfylla sanitära standarder åtminstone under den första approximationen.

Slutligen kommer vi att ge en viktig rekommendation: om du verkligen vill få en fullständig förståelse för termisk fysik i en viss byggnad, måste du använda en förståelse för principerna som beskrivs i denna översikt och speciallitteratur. Till exempel kan Elena Malyavinas referensbok "Värmeförlust av en byggnad" vara en mycket bra hjälp i denna fråga, där specificiteten hos värmeteknikprocesser förklaras i detalj, länkar till nödvändiga regleringsdokument ges samt exempel beräkningar och all nödvändig referensinformation Publicerad av econet.ru

Om du har några frågor om detta ämne, fråga specialisterna och läsarna av vårt projekt här.

Värmeförlust genom avloppet

Under uppvärmningsperioden är vattnet som kommer in i huset ganska kallt, till exempel har det en medeltemperatur på + 7 ° C.Vattenuppvärmning krävs när invånarna tvättar disken och badar. Dessutom är vattnet från den omgivande luften i toalettcisternen delvis uppvärmd. All värme som tas emot av vattnet spolas ner i avloppet.

Låt oss säga att en familj i ett hus förbrukar 15 m3 vatten per månad. Vattens specifika värmekapacitet är 4,183 kJ / (kg × ° C). Vattentätheten är 1000 kg / m3. Låt oss säga att vattnet som kommer in i huset värms i genomsnitt till + 30 ° C, dvs. temperaturskillnad 23 ° C.

Följaktligen kommer värmeförlusten genom avloppet per månad att vara:

1000 kg / m3 × 15 m3 × 23 ° C × 4,183 kJ / (kg × ° C) = 1443135 kJ

1443135 kJ = 400,87 kWh

Under sju månader av uppvärmningsperioden häller invånarna i avloppet:

7 × 400,87 kWh = 2806,09 kWh