Тепловой расчет помещения и здания целиком, формула тепловых потерь

Введение

Требования по определению тепловых нагрузок потребителей при разработке схем теплоснабжения отражены в следующих нормативных и законодательных актах: — Федеральный Закон РФ от 27.07.2010 г. № 190-ФЗ ;

— приказ Министерства регионального развития РФ от 28.02.2009 г. № 610 ;

Договорные нагрузки, как правило, рассчитываются на основании проектных данных. Проектные нагрузки на отопление, в основном, зависят от расчётных параметров микроклимата помещений, расчётной температуры наружного воздуха в отопительный период (принимаемой равной температуре наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 по 8. СП 131.13330.2012 ) и теплоизоляционных характеристик ограждающих конструкций. Проектные нагрузки на ГВС зависят от объёмов потребления горячей воды и её расчётной температуры.

За последние 20-30 лет многие из перечисленных выше параметров и характеристик неоднократно менялись. Менялись методики расчёта тепловых нагрузок, требования по тепловой защите ограждающих конструкций. В частности, в класс энергетической эффективности многоквартирных домов (МКД) определяется, исходя из сравнения (определение величины отклонения) фактических или расчётных (для вновь построенных, реконструированных и прошедших капитальный ремонт МКД) значений показателя удельного годового расхода энергетических ресурсов, отражающего удельный расход энергетических ресурсов на отопление, вентиляцию, ГВС и базовых значений показателя удельного расхода энергетических ресурсов в МКД. При этом фактические (расчётные) значения должны быть приведены к расчётным условиям для сопоставимости с базовыми значениями. Фактические значения показателя удельного годового расхода энергетических ресурсов определяются на основании показаний общедомовых приборов учёта.

Менялся и сам климат, в результате чего, например, для Санкт-Петербурга нормативная расчётная температура наружного воздуха за тридцать, с небольшим, лет повышена с –26 °С до –24 °С, расчётная длительность отопительного периода уменьшилась на 6 дней, а средняя температура отопительного периода увеличилась на 0,5 °С (с –1,8 до –1,3 °С).

Кроме указанных выше факторов, сами потребители тепловой энергии вносят вклад в энергосберегающие мероприятия, например, путём замены в квартирах деревянных окон на более герметичные – пластиковые.

Все эти изменения, в совокупности, способствуют тому, что фактическое теплопотребление и договорные тепловые нагрузки потребителей тепловой энергии отличаются.

Примеры разработанных Схем теплоснабжения ряда крупных населённых пунктов (например, Нижнего Новгорода) показали, что, если в качестве фактической нагрузки принимается договорная нагрузка (нагрузка, установленная в договорах теплоснабжения), это создаёт избыточный запас мощности теплоснабжающих организаций. Значительная доля нагрузки в этом случае оказывается невостребованной, но при этом сохраняются постоянные эксплуатационные расходы, что негативно отражается и на эффективности теплоснабжающих организаций (ТСО) и на потребителе тепловой энергии.

В Стратегии отмечено, что применяемая в настоящее время технология планирования систем теплоснабжения приводит к излишним инвестициям, созданию избыточной тепловой мощности во всех элементах энергосистем и сохранению низкого уровня эффективности всей российской энергетики.

Актуальность поднимаемой в статье темы обусловлена отсутствием в действующих нормативных и законодательных актах методов определения фактических тепловых нагрузок в расчётных элементах территориального деления при расчётных температурах наружного воздуха, проблемами согласования фактических тепловых нагрузок, применяемых для инвестиционного планирования в Схемах теплоснабжения с ТСО, а также последствиями неверного анализа тепловых нагрузок потребителей, установленных в договорах теплоснабжения.

Удельные тепловые потери здания

Существует много способов расчета тепловых потерь здания, один из них – в предложенной ниже таблице.

Таблица « Удельные тепловые потери для основных охлаждающихся поверхностей в жилых зданиях»:

Вид стен и охлаждающихся поверхностей

Количество теряемого тепла (Вт/ккал/ч) через 1 м2 поверхности стен по внутреннему обмеру помещения при средней температуре наиболее холодной пятидневки (°С)

24-25

25-26

28-29

30-31

Кирпичная стена толщиной в три с половиной кирпича (93 см), оштукатуренная с двух сторон
Угловые помещения61/5366/5769/6071/61
Смежные с другими помещения55/4859/5161/5364/55
Угловые помещения54/4758/5061/5362/54
Смежные с другими помещения50/4352/4554/4755/48
Кирпичная стена толщиной в три кирпича (80 см), оштукатуренная с двух сторон
Угловые помещения66/5771/6174/6475/65
Смежные с другими помещения64/5567/5871/6172/62
Угловые помещения61/5365/5668/5969/60
Смежные с другими помещения56/4960/5262/5463/55
Кирпичная стена толщиной в два с половиной кирпича (67 см), оштукатуренная с двух сторон
Угловые помещения75/6582/7186/7488/76
Смежные с другими помещения74/6480/6982/7184/73
Угловые помещения69/6074/6477/6779/68
Смежные с другими помещения65/5771/6174/6475/65
Кирпичная стена толщиной в два кирпича (54 см), оштукатуренная с двух сторон
Угловые помещения90/7896/83101/87103/89
Смежные с другими помещения89/7795/82100/86101/87
Угловые помещения81/7087/7590/7893/80
Смежные с другими помещения79/6886/7488/7690/78
Деревянная рубленая стена из бревен, оштукатуренная с одной стороны, толщиной 20 см
Угловые помещения77/6782/7187/7588/76
Смежные с другими помещения75/9580/6983/7286/74
Угловые помещения68/5974/6477/6779/69
Смежные с другими помещения66/5772/6274/6476/66
Деревянная рубленая стена из бревен, оштукатуренная с одной стороны, толщиной 25 см
Угловые помещения60/5265/5667/5869/60
Смежные с другими помещения59/5162/5466/5767/58
Угловые помещения54/4758/5060/5261/53
Смежные и другие помещения53/4656/4959/5160/52
Деревянная брусковая стена, оштукатуренная с одной стороны, общей толщиной 12 см
Угловые помещения/75/80/84/86
Смежные с другими помещения/73/78/82/84
Угловые помещения/67/71/74/76
Смежные с другими помещения/65/70/73/75
Деревянная брусковая стена, оштукатуренная с одной стороны, общей толщиной 20 см
Угловые помещения/47/50/52/53
Смежные с другими помещения/46/49/51/52
Угловые помещения/42/45/46/47
Смежные с другими помещения/41/44/46/47
Окна с двойным остеклением (пере­плетами) и балконные двери/100/103/112/115
Чердачное перекрытие/26/28/29/30
Деревянные утепленные полы над подвалом или подпольем/19/21/22/23

Тепловые потери зависят от многих факторов: теплонепроницаемости дверей, окон, стен, перекрытий и уличной температуры. Правильно выбранная печь должна соответствовать средней часовой теплоотдаче и такой же теплопотере.

Как правильно выполнить тепловой расчет здания

Для того чтобы произвести тепловой расчет здания, требуется, в первую очередь, иметь в наличии необходимые данные, которые понадобятся для вычислений.

Этапы этой работы будут следующими:

  1. Для начала потребуется тщательно изучить проектный план сооружения, где обязательно должны быть отображены параметры каждого из помещений как изнутри, так и снаружи, а кроме того, должны быть информация о размерах проемов дверей и окон.
  2. Затем необходимо определить, как именно расположена постройка относительно световых сторон, чтобы иметь сведения о поступающих в комнату прямых солнечных лучах, а также тщательно рассмотреть условия климата в конкретном регионе.
  3. После этого необходимо уточнить данные о том, из какого материала состоят внешние стены, а также то, какую высоту они имеют.
  4. Нелишним также будет получить информацию о структуре пола непосредственно от помещения и до самой земли, а также об основе перекрытия, начиная от комнаты и заканчивая улицей.

Характеристики объекта для расчета


Для дома с большими стеклопакетами нужно более интенсивное отопление

Тепловая нагрузка на отопление и потеря тепла дома – не одно и то же. Техническое здание нет надобности отапливать так же интенсивно, как жилые помещения. Прежде чем приступать к расчетам, устанавливают следующее:

  • Назначение объекта – жилой дом, квартира, школа, спортивный зал, магазин. Требования по обогреву разные.
  • Особенности архитектуры – это размеры оконных и балконных проемов, устройство крыши, наличие чердаков и подвалов, этажность здания и прочее.
  • Нормы температурного режима – для жилых комнат и офиса они разные.
  • Назначение помещения – параметр важен для производственных сооружений, так как для каждого цеха или даже участка требуется разный температурный режим.
  • Конструкция внешних ограждений – наружных стен и крыши.
  • Уровень техобслуживания – наличие горячего водоснабжения уменьшает теплопотери, интенсивно работающая вентиляция повышает.
  • Число людей, постоянно пребывающих в доме – например, воздействует на показатели температуры и влажности.
  • Количество точек забора теплоносителя – чем их больше, тем значительнее теплопотери.
  • Другие особенности – например, наличие бассейна, сауны, оранжереи или число часов, когда в здании находятся люди.

Формула расчета теплопотерь частного дома

Суммарные тепловые потери вычисляются по формуле из основных и добавочных теплопотерь (с округлением до 10 Вт).

В формуле теплопотери используются следующие величины:

  • К — коэффициент теплопередачи (таблица «К — коэффициент теплопередачи»);
  • F — площадь стен (в м2);
  • R — сопротивление теплопередаче (ккал/м2 х ч х °C);
  • tв и tп — температура внутри и снаружи помещения;
  • n — коэффициент уменьшения, учитывает теплопотери в зависимости от типа ограждений (таблица « n — коэффициент уменьшения»).

Значения R отличаются в зависимости от вида ограждающих конструкций (таблица « Значения R0 и 1/R0»).

Виды расчета потерь тепла в жилом доме

Рассчитать потери тепла в своей квартире или доме можно с помощью онлайн-программ расчета теплопотерь. Для каждой ограждающей конструкции (пола, стены, окна и т.п.) имеется отдельная графа, позволяющая по заданным параметрам определить примерное количество потерь и выявить уязвимые места.

Полученные данные будут точнее передавать информацию, чем расчет теплопотерь по укрупненным показателям теплопередачи, созданным в советские времена, для стандартных типовых проектов домов.

Произвести вычисления можно и с помощью теплотехнических калькуляторов, также доступных в интернете. Данные программы позволяют проверить теплоизоляционную толщину на соответствие нормативами, а также рассчитать требуемую ширину слоя теплоизоляции, исходя из их характеристик сопротивления теплоотдаче.

Существуют также программы-приложения для расчета теплопотерь дома, устанавливаемые на мобильные устройства. С их помощью можно на этапе внутренней отделки строящегося МКД подобрать элементы утепления квартиры, размеры радиаторов и т.п.

Для фактического определения утечки тепла можно использовать тепловизор. Это измерительный прибор, который используется для проверки проводимых строительных работ или для выявления уязвимых мест в старом доме, с целью последующего утепления.

Формула расчета

Нормативы расхода тепловой энергии

Тепловые нагрузки рассчитываются с учетом мощности отопительного агрегата и тепловых потерь здания. Поэтому, чтобы определить мощность проектируемого котла, необходимо теплопотери здания умножить на повышающий коэффициент 1,2. Это своеобразный запас, равный 20%.

Для чего необходим такой коэффициент? С его помощью можно:

  • Прогнозировать падение давления газа в магистрали. Ведь зимой потребителей прибавляется, и каждый старается взять топлива больше, чем остальные.
  • Варьировать температурный режим внутри помещений дома.

Добавим, что тепловые потери не могут распределяться по всей конструкции здания равномерно. Разность показателей может быть достаточно большой. Вот некоторые примеры:

  • Через наружные стены покидает здание до 40% тепла.
  • Через полы — до 10%.
  • То же самое относится и к крыше.
  • Через вентиляционную систему — до 20%.
  • Через двери и окна — 10%.

Итак, с конструкцией здания разобрались и сделали одно очень важное заключение, что от архитектуры самого дома и места его расположения зависят потери тепла, которые необходимо компенсировать. Но многое также определяется и материалами стен, крыши и пола, а также наличием или отсутствием теплоизоляции. Это немаловажный фактор

Это немаловажный фактор.

К примеру, определим коэффициенты, снижающие теплопотери, зависящие от оконных конструкций:

  • Обычные деревянные окна с обычными стеклами. Для расчета тепловой энергии в данном случае используется коэффициент, равный 1,27. То есть через такой вид остекления происходит утечка тепловой энергии, равной 27% от общего показателя.
  • Если установлены пластиковые окна с двухкамерными стеклопакетами, то используется коэффициент 1,0.
  • Если установлены пластиковые окна из шестикамернного профиля и с трехкамерным стеклопакетом, то берется коэффициент 0,85.

Идем дальше, разбираясь с окнами. Существует определенная связь площади помещения и площади оконного остекления. Чем больше вторая позиция, тем выше тепловые потери здания. И здесь есть определенное соотношение:

  • Если площадь окон по отношению к площади пола имеет всего лишь 10%-ный показатель, то для расчета тепловой мощности системы отопления используется коэффициент 0,8.
  • Если соотношение располагается в диапазоне 10-19%, то применяется коэффициент 0,9.
  • При 20% — 1,0.
  • При 30% —2.
  • При 40% — 1,4.
  • При 50% — 1,5.

И это только окна. А есть еще влияние материалов, которые использовались в строительстве дома, на тепловые нагрузки. Расположим их в таблице, где стеновые материалы будут располагаться с уменьшением тепловых потерь, а значит, их коэффициент будет также снижаться:

Вид строительного материала

Как видите, разница от используемых материалов существенная. Поэтому еще на стадии проектирования дома необходимо точно определиться с тем, из какого материала он будет возводиться. Конечно, многие застройщики строят дом на основе бюджета, выделенного на строительство. Но при таких раскладках стоит пересмотреть его. Специалисты уверяют, что лучше вложиться первоначально, чтобы впоследствии пожинать плоды экономии от эксплуатации дома. Тем более что система отопления зимой составляет одну из главных статей расхода.

Размеры комнат и этажность здания

Схема системы отопления

Итак, продолжаем разбираться в коэффициентах, влияющих на формулу расчета тепла. Как влияют размеры помещения на тепловые нагрузки?

  • Если высота потолков в вашем доме не превышает 2,5 метра, то в расчете учитывается коэффициент 1,0.
  • При высоте 3 м уже берется 1,05. Незначительная разница, но она существенно влияет на тепловые потери, если общая площадь дома достаточно велика.
  • При 3,5 м — 1,1.
  • При 4,5 м —2.

А вот такой показатель, как этажность постройки, влияет на теплопотери помещения по-разному. Здесь необходимо учитывать не только количество этажей, но и место помещения, то есть, на каком этаже оно расположено. К примеру, если это комната на первом этаже, а сам дом имеет три-четыре этажа, то для расчета используется коэффициент 0,82.

При перемещении помещения в верхние этажи повышается и показатель теплопотерь. К тому же придется учитывать чердак — утеплен он или нет.

Как видите, чтобы точно подсчитать тепловые потери здания, необходимо определиться с различными факторами. И их все обязательно надо учитывать. Кстати, нами были рассмотрены не все факторы, снижающие или повышающие тепловые потери. Но сама формула расчета будет в основном зависеть от площади отапливаемого дома и от показателя, который называется удельным значением тепловых потерь. Кстати, в данной формуле оно стандартное и равно 100 Вт/м². Все остальные составляющие формулы — коэффициенты.

Разновидности теплопотерь

Авторы многих статей сводят расчет теплопотерь к одному простому действию: предлагается умножить площадь отапливаемого помещения на 100 Вт. Единственное условие, которое при этом выдвигается, относится к высоте потолка — она должна составлять 2,5 м (при других значениях предлагается вводить поправочный коэффициент).

На самом деле такой расчет является настолько приблизительным, что полученные с его помощью цифры можно смело приравнивать к «взятым с потолка». Ведь на удельную величину теплопотерь влияет целый ряд факторов: материал ограждающих конструкций, наружная температура, площадь и тип остекления, кратность воздухообмена и пр.

Теплопотери дома

Более того, даже для домов с различной отапливаемой площадью при прочих равных условиях ее значение будет разным: в маленьком доме — больше, в большом — меньше. Так проявляется закон квадрата-куба.

Поэтому владельцу дома крайне важно освоить более точную методику определения теплопотерь. Такой навык позволит не только подобрать отопительное оборудование с оптимальной мощностью, но и оценить, к примеру, экономический эффект от утепления

В частности, можно будет понять, превзойдет ли срок службы теплоизолятора период его окупаемости.

Первое, что необходимо сделать исполнителю — разложить общие теплопотери на три составляющие:

  • потери через ограждающие конструкции;
  • обусловленные работой вентиляционной системы;
  • связанные со сбросом нагретой воды в канализацию.

Рассмотрим каждую из разновидностей подробно.

Базальтовый утеплитель – популярный теплоизолятор, но ходят слухи о его вреде для здоровья человека. Базальтовый утеплитель – вредность и экологическая безопасность.

Как правильно утеплить стены квартиры изнутри без вреда для конструкции здания, читайте тут.

Холодная кровля мешает создать уютную мансарду. В статье вы узнаете, как утеплить потолок под холодной крышей и какие материалы самые эффективные.

Формулы расчёта

Исходя из общих потребностей здания в тепловой энергии и технических характеристик постройки, с целью определения оптимального количества теплоты за единицу времени могут использоваться разные стандартные формулы.

При отсутствии приборов учёта: Q = V × (Тх - Тy) / 1000

Обозначение

Параметр

V

Объём теплового носителя в отопительной системе

Тх

Показатели температурного режима нагретого теплоносителя (60-65оС)

Тy

Исходная температура не нагретого теплового носителя

1000

Стандартный поправочный числовой множитель

Схема отопления с замкнутым типом контура:

Qот = α × qо × V × (Тв - Тн.р) × (1 + Kн.р) × 0,000001

Обозначение

Параметр

α

Корректирующий погодные характеристики числовой множитель при уличном температурном режиме, отличном от минус 30оС

V

Показатели объёма строения в соответствии с наружными замерами

Отопительный удельный показатель при температурном режиме -30оС

Расчётные показатели внутреннего температурного режима в строении

tн.р

Расчётный режим наружного температурного режима для проектирования отопительной системы

Kн.р

Поправочный числовой множитель в виде соотношения теплопотерь с инфильтрацией и тепловой передачей посредством внешних конструктивных элементов

Применение поправочного числового множителя

При выполнении расчётов тепловой нагрузки обязательно учитывается поправочный числовой множитель, при помощи которого определяется отличие расчётного температурного режима наружного воздуха для проектов отопительных систем. В таблице представлены поправочные числовые множители для различных климатических зон, расположенных на территории Российской Федерации.

-35оС

-36оС

-37оС

-38оС

-39оС

-40оС

0,95

0,94

0,93

0,92

0,91

0,90

В других регионах России, где расчётный температурный режим наружных воздушных масс при проектировании отопительной системы находится на уровне минус 31°С или ниже, значения расчётных температур внутри обогреваемых помещений принимаются в соответствии с данными, приведёнными в действующей редакции СНиП 2.08.01-85.

На что обратить внимание при расчётах

В соответствии с действующим СНиП, на каждые 10 м2 обогреваемой площади должно приходится не менее 1 кВт тепловой мощности, но при этом в обязательном порядке учитывается так называемый региональный поправочный числовой множитель:

  • зона с умеренными климатическими условиями – 1.2-1.3;
  • территория южных регионов – 0.7-0.9;
  • районы крайнего севера – 1.5-2.0.

Кроме прочего, немаловажное значение имеет высота потолочных конструкций и индивидуальные тепловые потери, которые напрямую зависят от типовых характеристик эксплуатируемого строения. Как правило, на каждый кубометр полезной площади затрачивается 40 ватт тепловой энергии, но при выполнении расчётов потребуется также учитывать следующие поправки:

  • наличие окна – плюс 100 ватт;
  • наличие двери – плюс 200 ватт;
  • угловое помещение – поправочный числовой множитель 1.2-1.3;
  • торцевая часть здания – поправочный числовой множитель 1.2-1.3;
  • частное домовладение – поправочный числовой множитель 1.5.

Практическое значение имеют показатели потолочного и стенового сопротивления, потери тепла через конструкции ограждающего типа и функционирующую вентиляционную систему.

Вид материала

Уровень термического сопротивления

Кирпичная кладка в три кирпича

0,592 м2 × с/Вт

Кирпичная кладка в два с половиной кирпича

0,502 м2 × с/Вт

Кирпичная кладка в два кирпича

0,405 м2 × с/Вт

Кирпичная кладка в один кирпич

0,187 м2 × с/Вт

Газосиликатные блоки толщиной 200 мм

0,476 м2 × с/Вт

Газосиликатные блоки толщиной 300 мм

0,709 м2 × с/Вт

Бревенчатые стены толщиной 250 мм

0,550 м2 × с/Вт

Бревенчатые стены толщиной 200 мм

0,440 м2 × с/Вт

Бревенчатые стены толщиной 100 мм

0,353 м2 × с/Вт

Деревянный неутеплённый пол

1,85 м2 × с/Вт

Двойная деревянная дверь

0,21 м2 × с/Вт

Штукатурка толщиной 30 мм

0,035 м2 × с/Вт

Каркасные стены толщиной 20 см с утеплением

0,703 м2 × с/Вт

В результате функционирования вентиляционной системы потери тепловой энергии в зданиях составляют порядка 30-40%, через кровельные перекрытия уходит примерно 10-25%, а сквозь стены – около 20-30%, что должно учитываться при проектировании и расчёте тепловой нагрузки.  

Расчёт потерь тепла с трубопроводов

Расчёт потерь тепла с трубопроводов тепловых сетей выполнен на основе методики приведенной в СНиП 2.04.14 Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов.

Методика расчёта тепловых потерь пригодна для всех трубопроводов, на которые распространяется действие данных норм, за исключением систем с отрицательной температурой рабочей среды.

Расчёт величины тепловых потерь выполнен по нормативной плотности теплового потока через изолированную поверхность трубопровода. В методике использованы табличные данные удельных тепловых потерь с одного метра трубы, приведенные в СНиП. Потери тепла для диаметров труб и температур теплоносителя, не приведенных в таблицах — определены методами интерполяции и экстраполяции.

Расчётные потери тепла трубопроводами тепловой сети определяется по формуле:

q – удельная нормативная величина тепловых потерь с одного метра трубы, Вт/м, при средней температуре теплоносителя и заданном количестве часов работы в год, определяется для каждого из диаметров по табличным данным СНиП 2.04.14;

k – коэффициент, учитывающий дополнительные потери тепла с опор трубопровода и арматуры, принимается по табличным данным;

b – коэффициент, учитывающий изменение плотности теплового потока через теплоизоляционный слой из пенополиуретана (ППУ), определяется по СНиП 2.04.14;

l – длина участка трубопровода, м.

Температуру теплоносителя для расчёта потерь тепла в тепловых сетях следует принимать:

  • среднюю температуру теплоносителя за год — для непрерывно работающих сетей;
  • среднюю температуру теплоносителя за период со среднесуточной температурой наружного воздуха ниже 8°С — для тепловых сетей работающих только в отопительный период.

Расчётные температуры в двухтрубных водяных тепловых сетях при качественном регулировании в зависимости от температурного графика отпуска тепла применяют:

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий