Теплопотери дома, расчет теплопотерь.

На сегодняшний день теплосбережение является важным параметром, который учитывается при сооружении жилого или офисного помещения.  В соответствии со СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», сопротивление теплоотдаче рассчитывается по одному из двух альтернативных подходов:

• Предписывающему;
• Потребительскому.

Для расчета систем отопления дома, вы можете воспользоваться калькулятором расчета отопления, теплопотерь дома.

Предписывающий подход - это нормы, предъявляемые к отдельным элементам теплозащиты здания: наружным стенам, полам над не отапливаемым пространствами, покрытиям и чердачным перекрытиям, окнам, входным дверям и т.д.

Потребительский подход (сопротивление теплопередаче может быть снижено по отношению к предписывающему уровню при условии, что проектный удельный расход тепловой энергии на отопление помещения ниже нормативного). 

Санитарно-гигиенические требования:

• Перепад между температурами воздуха внутри помещения и снаружи не должен превышать определенных допустимых значений. Максимальные допустимые значения перепада температур для наружной стены 4°С. для покрытия и чердачного перекрытия 3°С и для перекрытия над подвалами и подпольями 2°С.
• Температура на внутренней поверхности ограждения должна быть выше температуры точки росы.

К примеру: для Москвы и московской области необходимое теплотехническое сопротивление стены по потребительскому подходу составляет 1.97 °С· м²/Вт, а по предписывающему подходу:

• для дома постоянного проживания 3.13 °С· м²/ Вт.
• для административных и прочих общественных зданий,  в том числе сооружений сезонного проживания 2.55 °С· м²/ Вт.

По этой причине, выбирая котел либо другие нагревательные приборы исключительно по указанным в их технической документации параметрам. Вы должны спросить у себя, построен ли ваш дом со строгим учетом требований СНиП 23-02-2003.

Следовательно, для правильного выбора мощности котла отопления либо нагревательных приборов, необходимо рассчитать реальные теплопотери вашего дома. Как правило, жилой дом теряет тепло через стены, крышу, окна, землю, так же существенные потери тепла могут приходиться на вентиляцию.

Теплопотери в основном зависят от:

• разницы температур в доме и на улице (чем выше разница, тем выше потери).
• теплозащитных характеристик стен, окон, перекрытий, покрытий.

Стены, окна, перекрытия, имеют определенное сопротивление утечкам тепла, теплозащитные свойства материалов оценивают величиной, которая называется сопротивлением теплопередачи.

Сопротивление теплопередачи покажет, какое количество тепла просочится через квадратный метр конструкции при заданном перепаде температур. Можно сформулировать этот вопрос по другому: какой перепад температур будет возникать при прохождении определенного количества тепла через квадратный метр ограждений.

R = ΔT/q.

где

• q – это количество тепла, которое уходит через квадратный метр поверхности стены или окна. Это количество тепла измеряют в ваттах на квадратный метр (Вт/ м²);
• ΔT – это разница между температурой на улице и в комнате (°С);
• R – это сопротивление теплопередачи (°С/ Вт/ м²или °С· м²/ Вт).

В случаях, когда речь идет о многослойной конструкции, то сопротивление слоев просто суммируется. К примеру, сопротивление стены из дерева, которая обложена кирпичом, является суммой трех сопротивлений: кирпичной и деревянной стенки и воздушной прослойки между ними:

R(сумм.)= R(дерев.) + R(воз.) + R(кирп.)

Распределение температуры и пограничные слои воздуха при передаче тепла через стену.

Расчет теплопотерь выполняется для самого холодного периода года периода,  коим является самая морозная и ветреная неделя в году. В строительной литературе, зачастую, указывают тепловое сопротивление материалов исходя из данного условия и климатического района (либо наружной температуры), где находится ваш дом.

Таблица сопротивления теплопередачи различных материалов

при ΔT = 50 °С (Т_нар. = –30 °С. Т_внутр. = 20 °С.)

Таблица тепловых потерь окон различных конструкций при ΔT = 50 °С (Т_нар. = –30 °С. Т_внутр. = 20 °С.)

Как видно из вышеуказанной таблицы, современные стеклопакеты дают возможность сократить теплопотери окна почти в 2 раза. К примеру, для 10 окон размером 1.0 м х 1.6 м экономия может достигать в месяц до 720 киловатт-часов.

Для правильного выбора материалов и толщины стен применим эти сведения к конкретному примеру.

В расчете тепловых потерь на один м² участвуют две величины:

• перепад температур ΔT.
• сопротивления теплопередаче R.

Допустим температура в помещении будет составлять 20 °С. а наружная температура будет равной –30 °С. В таком случае перепад температур ΔT будет равен 50 °С. Стены изготовлены из бруса толщиной 20 сантиметров, тогда R= 0.806 °С· м²/ Вт.

Тепловые потери будут составлять 50 / 0.806 = 62 (Вт/ м²).

Для упрощения расчетов теплопотерь в строительных справочниках указывают теплопотери различного вида стен, перекрытий и т.д. для некоторых значений зимней температуры воздуха. Как правило, приводятся различные цифры для угловых помещений (там влияет завихрение воздуха, отекающего дом) и неугловых, а также учитывается разница в температур для помещений первого и верхнего этажа.

Таблица удельных теплопотерь элементов ограждения здания (на 1  м² по внутреннему контуру стен) в зависимости от средней температуры самой холодной недели в году.

Примечание. В случае когда за стеной находится наружное неотапливаемое помещение (сени, остекленная веранда и т.п.), то потери тепла через нее будут составлять 70% от расчетных, а если за этим неотапливаемым помещением находится еще одно наружное помещение то потери тепла будут составлять 40% от расчетного значения.

Таблица удельных теплопотерь элементов ограждения здания (на 1 м² по внутреннему контуру) в зависимости от средней температуры самой холодной недели в году.

Далее давайте разберем пример расчета тепловых потерь 2 различных комнат одной площади при помощи таблиц.

Пример 1.

Угловая комната (1 этаж)

Характеристики комнаты:

• 1 этаж.
• площадь комнаты – 16  м² (5х3.2).
• высота потолка – 2.75 м.
• наружных стен – две.
• материал и толщина наружных стен – брус толщиной 18 сантиметров обшит гипсокартонном и оклеен обоями.
• окна – два (высота 1.6 м. ширина 1.0 м) с двойным остеклением.
• полы – деревянные утепленные. снизу подвал.
• выше чердачное перекрытие.
• расчетная наружная температура –30 °С.
• требуемая температура в комнате +20 °С.

Далее выполняем расчет площади теплоотдающих поверхностей.

• Площадь наружных стен за вычетом окон: S_стен(5+3.2)х2.7-2х1.0х1.6 = 18.94 м².
• Площадь окон: S_окон = 2х1.0х1.6 = 3.2 м²
• Площадь пола: S_пола = 5х3.2 = 16 м²
• Площадь потолка: S_{потолка} = 5х3.2 = 16 м²

Площадь внутренних перегородок в расчете не участвует, так как по обе стороны перегородки температура одинакова, следовательно через перегородки тепло не уходит.

Теперь Выполним расчет теплопотери каждой из поверхностей:

• Q_стен = 18.94х89 = 1686 Вт.
• Q_окон = 3.2х135 = 432 Вт.
• Q_пола = 16х26 = 416 Вт.
• Q_{потолка} = 16х35 = 560 Вт.

Суммарные теплопотери комнаты будут составлять: Q_{суммарные} = 3094 Вт.

Следует учитывать, что через стены улетучивается тепла куда больше чем через окна, полы и потолок.

Пример 2

Комната под крышей (мансарда)

Характеристики комнаты:

• этаж верхний.
• площадь 16 м² (3.8х4.2).
• высота потолка 2.4 м.
• наружные стены; два ската крыши (шифер, сплошная обрешетка. 10 саниметров минваты, вагонка). фронтоны (брус толщиной 10 саниметров обшитый вагонкой) и боковые перегородки (каркасная стена с керамзитовым заполнением 10 саниметров).
• окна – 4 (по два на каждом фронтоне), высотой 1.6 м и шириной 1.0 м с двойным остеклением.
• расчетная наружная температура –30°С.
• требуемая температура в комнате +20°С.

Далее рассчитываем площади теплоотдающих поверхностей.

• Площадь торцевых наружных стен за вычетом окон: S_{торц.стен} = 2х(2.4х3.8-0.9х0.6-2х1.6х0.8) = 12 м²
• Площадь скатов крыши, ограничивающих комнату: S_{скатов.стен} = 2х1.0х4.2 = 8.4 м²
• Площадь боковых перегородок: S_{бок.перегор} = 2х1.5х4.2 = 12.6 м²
• Площадь окон: S_окон = 4х1.6х1.0 = 6.4 м²
• Площадь потолка: S_{потолка} = 2.6х4.2 = 10.92 м²

Далее рассчитаем тепловые потери этих поверхностей, при этом необходимо учесть, что через пол в данном случае тепло не будет уходить, так как внизу расположено теплое помещение. Теплопотери для стен рассчитываем как для угловых помещений, а для потолка и боковых перегородок вводим 70-процентный коэффициент, так как за ними располагаются неотапливаемые помещения.

• Q_{торц.стен} = 12х89 = 1068 Вт.
• Q_{скатов.стен} = 8.4х142 = 1193 Вт.
• Q_{бок.перегор} = 12.6х126х0.7 = 1111 Вт.
• Q_окон = 6.4х135 = 864 Вт.
• Q_{потолка} = 10.92х35х0.7 = 268 Вт.

Суммарные теплопотери комнаты составят: Q_{суммарные} = 4504 Вт.

Как мы видим, теплая комната 1 этажа теряет (либо потребляет) значительно меньше тепла, чем мансардная комната с тонкими стенками и большой площадью остекления.

Чтобы данное помещение сделать пригодным для зимнего проживания, необходимо в первую очередь утеплять стены, боковые перегородки и окна.

Любая ограждающая поверхность может быть представлена в виде многослойной стены, каждый слой которой имеет собственное тепловое сопротивление и собственное сопротивление прохождению воздуха. Суммировав тепловое сопротивление всех слоев, мы получим тепловое сопротивление всей стены. Также ели просуммировать сопротивление прохождению воздуха всех слоев, можно понять, как дышит стена. Самая лучшая стена из бруса должна быть эквивалентна стене из бруса толщиной 15 – 20 антиметров. Приведенная далее  таблица поможет в этом.

Таблица сопротивления теплопередаче и прохождению воздуха различных материалов ΔT=40 °С (Т_нар.=–20 °С. Т_внутр.=20 °С.)

Для полной картины теплопотерь всего помещения нужно учитывать

1. Потери тепла через контакт фундамента с мерзлым грунтом,  как правило принимают 15% от потерь тепла через стены первого этажа (с учетом сложности расчета).
2. Потери тепла, которые связаны с вентиляцией. Данные потери рассчитываются с учетом строительных норм (СНиП). Для жилого дома требуется около одного воздухообмена в час, то есть за это время необходимо подать тот же объём свежего воздуха. Таким образом, потери которые связаны с вентиляцией будут составлять немного меньше чем сумма теплопотерь приходящиеся на ограждающие конструкции. Выходит, что теплопотери через стены и остекление составляет только 40%, а теплопотери на вентиляцию 50%. В европейских нормах вентиляции и утепления стен, соотношение теплопотерь составляют 30% и 60%.
3. Если стена «дышит», как стена из бруса или бревна толщиной 15 – 20 сантиметров то происходит возврат тепла. Это позволяет снизить тепловые потери на 30%. поэтому полученную при расчете величину теплового сопротивления стены необходимо умножить на 1.3 (или соответственно уменьшить теплопотери).

Суммировав все теплопотери дома, Вы сможете понять какой мощности котел и отопительные приборы необходимы для комфортного обогрева дома в самые холодные и ветряные дни. Также, подобные расчеты покажут, где «слабое звено» и как его исключить с помощью дополнительной изоляции.

Выполнить расчет расхода тепла можно и по укрупненным показателям. Так, в 1-2 этажных не очень утепленных домах при наружной температуре –25 °С необходимо 213 Вт на 1 м² общей площади, а при –30 °С – 230 Вт. Для хорошо утепленных домов – этот показатель будет составлять: при –25 °С – 173 Вт на м² общей площади, а при –30 °С – 177 Вт.